Aufgabenbeispiele von Rotationskörper

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Rotationskörper

Beispiel:

Die Fläche unter dem Graph von f mit f(x)= 30 ( 2x +3 ) 2 soll im Intervall [0,1] um die x-Achse rotieren.
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

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V = π 0 1 ( 30 ( 2x +3 ) 2 ) 2 x
= π 0 1 900 ( 2x +3 ) 4 x
= π 0 1 900 ( 2x +3 ) -4 x

= π [ -150 ( 2x +3 ) -3 ] 0 1

= π [ - 150 ( 2x +3 ) 3 ] 0 1

= π · ( - 150 ( 21 +3 ) 3 + 150 ( 20 +3 ) 3 )

= π · ( - 150 ( 2 +3 ) 3 + 150 ( 0 +3 ) 3 )

= π · ( - 150 5 3 + 150 3 3 )

= π · ( -150( 1 125 ) +150( 1 27 ) )

= π · ( - 6 5 + 50 9 )

= π · ( - 54 45 + 250 45 )

= π · 196 45

= 196 45 π


≈ 13,683

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 15 x 2 und g(x)= 15 ( 2x +3 ) 2 schließen eine Fläche ein. Diese Fläche rotiert im Intervall [1,4] um die x-Achse und erzeugt somit einen Drehkörper.
Berechne das Volumen dieses Drehkörpers.

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Den so entstandenen Rotationskörper kann man sich vorstellen als Rotationskörper, der durch Rotation der Fläche unter dem Graph von f entsteht, und aus dem der Rotationskörper, der durch Rotation der Fläche unter dem Graph von g entsteht, herausgefräst wird. Dadurch ergibt sich für solch einen Rotationskörper die Formel:

V = π 1 4 ( 15 x 2 ) 2 x - π 1 4 ( 15 ( 2x +3 ) 2 ) 2 x

Da die beiden Integrale die gleichen Grenzen haben, kann man auch die beiden Summanden in ein Integral schreiben:

= π 1 4 ( ( 15 x 2 ) 2 - ( 15 ( 2x +3 ) 2 ) 2 ) x

= π 1 4 ( 225 x 4 - 225 ( 2x +3 ) 4 ) x

= π 1 4 ( - 225 ( 2x +3 ) 4 + 225 x 4 ) x
= π 1 4 ( -225 ( 2x +3 ) -4 +225 x -4 ) x

= π [ 75 2 ( 2x +3 ) -3 -75 x -3 ] 1 4

= π [ 75 2 ( 2x +3 ) 3 - 75 x 3 ] 1 4

= π · ( 75 2 ( 24 +3 ) 3 - 75 4 3 - ( 75 2 ( 21 +3 ) 3 - 75 1 3 ) )

= π · ( 75 2 ( 8 +3 ) 3 -75( 1 64 ) - ( 75 2 ( 2 +3 ) 3 -751 ) )

= π · ( 75 2 11 3 - 75 64 - ( 75 2 5 3 -75 ) )

= π · ( 75 2 ( 1 1331 ) - 75 64 - ( 75 2 ( 1 125 ) -75 ) )

= π · ( 75 2662 - 75 64 - ( 3 10 -75 ) )

= π · ( 2400 85184 - 99825 85184 - ( 3 10 - 750 10 ) )

= π · ( - 97425 85184 -1 · ( - 747 10 ) )

= π · ( - 97425 85184 + 747 10 )

= π · 31329099 425920

= 31329099 425920 π


≈ 231,084

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= e 0,1x und der Geraden y = 1 rotiert im Intervall [0,1] um diese Gerade y = 1 (nicht um die x-Achse).
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

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Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(
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Die Fläche zwischen dem Graph von f und der Geraden y = 1 (linkes Schaubild) ist die gleiche Fläche wie die zwischen der Differenzfunktion f(x)-1 = e 0,1x -1
und der x-Achse (rechtes Schaubild).

Dementsprechend ist auch der gesuchte Rotationskörper der gleiche, wie wenn man die Fläche unter der Differenzfunktion (rechtes Schaubild) um die x-Achse rotieren lassen würde. Dadurch ergibt sich für das Volumen:

V = π 0 1 ( e 0,1x -1 ) 2 x

= π 0 1 ( e 0,2x -2 e 0,1x +1 ) x

= π [ 5 e 0,2x -20 e 0,1x + x ] 0 1

= π · ( 5 e 0,21 -20 e 0,11 +1 - ( 5 e 0,20 -20 e 0,10 +0) )

= π · ( 5 e 0,2 -20 e 0,1 +1 - ( 5 e 0 -20 e 0 +0) )

= π · ( 5 e 0,2 -20 e 0,1 +1 - ( 5 -20 +0) )

= π · ( 5 e 0,2 -20 e 0,1 +1 -1 · ( -15 ) )

= π · ( 5 e 0,2 -20 e 0,1 +1 +15 )

= π · ( 5 e 0,2 -20 e 0,1 +16 )


≈ 0,011