Aufgabenbeispiele von Rotationskörper

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Rotationskörper

Beispiel:

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

Lösung einblenden
V = π 0 3 ( e -3x ) 2 x
= π 0 3 e -3x x

= π [ - 1 3 e -3x ] 0 3

= π · ( - 1 3 e -33 + 1 3 e -30 )

= π · ( - 1 3 e -9 + 1 3 e 0 )

= π · ( - 1 3 e -9 + 1 3 )


≈ 1,047

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 [1,4] um die x-Achse und erzeugt somit einen Drehkörper.
Berechne das Volumen dieses Drehkörpers.

Lösung einblenden
Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

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 ( 5 x 2 ) 2 x - π 1 4 ( 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 4 ( ( 5 x 2 ) 2 - ( 5 ( 3x +2 ) 2 ) 2 ) x

= π 1 4 ( 25 x 4 - 25 ( 3x +2 ) 4 ) x

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

= π [ 25 9 ( 3x +2 ) -3 - 25 3 x -3 ] 1 4

= π [ 25 9 ( 3x +2 ) 3 - 25 3 x 3 ] 1 4

= π · ( 25 9 ( 34 +2 ) 3 - 25 3 4 3 - ( 25 9 ( 31 +2 ) 3 - 25 3 1 3 ) )

= π · ( 25 9 ( 12 +2 ) 3 - 25 3 ( 1 64 ) - ( 25 9 ( 3 +2 ) 3 - 25 3 1 ) )

= π · ( 25 9 14 3 - 25 192 - ( 25 9 5 3 - 25 3 ) )

= π · ( 25 9 ( 1 2744 ) - 25 192 - ( 25 9 ( 1 125 ) - 25 3 ) )

= π · ( 25 24696 - 25 192 - ( 1 45 - 25 3 ) )

= π · ( 200 197568 - 25725 197568 - ( 1 45 - 375 45 ) )

= π · ( - 25525 197568 -1 · ( - 374 45 ) )

= π · ( - 25525 197568 + 374 45 )

= π · 898047 109760

= 898047 109760 π


≈ 25,704

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 3x +4 und der Geraden y = 4 rotiert im Intervall [0,1] um diese Gerade y = 4 (nicht um die x-Achse).
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

Lösung einblenden
Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(
Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

Die Fläche zwischen dem Graph von f und der Geraden y = 4 (linkes Schaubild) ist die gleiche Fläche wie die zwischen der Differenzfunktion f(x)-4 = 3x +4 -4
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 ( 3x +4 -4 ) 2 x

= π 0 1 ( 3x ) 2 x
= π 0 1 9 x 2 x

= π [ 3 x 3 ] 0 1

= π · ( 3 1 3 -3 0 3 )

= π · ( 31 -30 )

= π · ( 3 +0 )

= π · 3

= 3π


≈ 9,425