Aufgabenbeispiele von Rotationskörper

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Rotationskörper

Beispiel:

Die Fläche unter dem Graph von f mit f(x)= 28 ( 3x +4 ) 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 ( 28 ( 3x +4 ) 2 ) 2 x
= π 0 1 784 ( 3x +4 ) 4 x
= π 0 1 784 ( 3x +4 ) -4 x

= π [ - 784 9 ( 3x +4 ) -3 ] 0 1

= π [ - 784 9 ( 3x +4 ) 3 ] 0 1

= π · ( - 784 9 ( 31 +4 ) 3 + 784 9 ( 30 +4 ) 3 )

= π · ( - 784 9 ( 3 +4 ) 3 + 784 9 ( 0 +4 ) 3 )

= π · ( - 784 9 7 3 + 784 9 4 3 )

= π · ( - 784 9 ( 1 343 ) + 784 9 ( 1 64 ) )

= π · ( - 16 63 + 49 36 )

= π · ( - 64 252 + 343 252 )

= π · 31 28

= 31 28 π


≈ 3,478

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 5 x 2 und g(x)= 5 ( 3x +2 ) 2 schließen eine Fläche ein. Diese Fläche rotiert im Intervall [1,3] 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 3 ( 5 x 2 ) 2 x - π 1 3 ( 5 ( 3x +2 ) 2 ) 2 x

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

= π 1 3 ( ( 5 x 2 ) 2 - ( 5 ( 3x +2 ) 2 ) 2 ) x

= π 1 3 ( 25 x 4 - 25 ( 3x +2 ) 4 ) x

= π 1 3 ( - 25 ( 3x +2 ) 4 + 25 x 4 ) x
= π 1 3 ( -25 ( 3x +2 ) -4 +25 x -4 ) x

= π [ 25 9 ( 3x +2 ) -3 - 25 3 x -3 ] 1 3

= π [ 25 9 ( 3x +2 ) 3 - 25 3 x 3 ] 1 3

= π · ( 25 9 ( 33 +2 ) 3 - 25 3 3 3 - ( 25 9 ( 31 +2 ) 3 - 25 3 1 3 ) )

= π · ( 25 9 ( 9 +2 ) 3 - 25 3 ( 1 27 ) - ( 25 9 ( 3 +2 ) 3 - 25 3 1 ) )

= π · ( 25 9 11 3 - 25 81 - ( 25 9 5 3 - 25 3 ) )

= π · ( 25 9 ( 1 1331 ) - 25 81 - ( 25 9 ( 1 125 ) - 25 3 ) )

= π · ( 25 11979 - 25 81 - ( 1 45 - 25 3 ) )

= π · ( 225 107811 - 33275 107811 - ( 1 45 - 375 45 ) )

= π · ( - 33050 107811 -1 · ( - 374 45 ) )

= π · ( - 33050 107811 + 374 45 )

= π · 4314896 539055

= 4314896 539055 π


≈ 25,147

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 2x +3 und der Geraden y = 2 rotiert im Intervall [0,3] um diese Gerade y = 2 (nicht um die x-Achse).
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

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Die Fläche zwischen dem Graph von f und der Geraden y = 2 (linkes Schaubild) ist die gleiche Fläche wie die zwischen der Differenzfunktion f(x)-2 = 2x +3 -2
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 3 ( 2x +3 -2 ) 2 x

= π 0 3 ( 2x +1 ) 2 x

= π [ 1 6 ( 2x +1 ) 3 ] 0 3

= π · ( 1 6 ( 23 +1 ) 3 - 1 6 ( 20 +1 ) 3 )

= π · ( 1 6 ( 6 +1 ) 3 - 1 6 ( 0 +1 ) 3 )

= π · ( 1 6 7 3 - 1 6 1 3 )

= π · ( 1 6 343 - 1 6 1 )

= π · ( 343 6 - 1 6 )

= π · 57

= 57π


≈ 179,071