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)= 3 e -x soll im Intervall [0,3] um die x-Achse rotieren.
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

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

= π [ -3 e -x ] 0 3

= π · ( -3 e -3 +3 e -0 )

= π · ( -3 e -3 +3 )


≈ 8,956

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 4 x und g(x)= 4 2x +4 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 ( 4 x ) 2 ⅆ x - π ∫ 1 4 ( 4 2x +4 ) 2 ⅆ x

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

= π ∫ 1 4 ( ( 4 x ) 2 - ( 4 2x +4 ) 2 ) ⅆ x

= π ∫ 1 4 ( 16 x 2 - 16 ( 2x +4 ) 2 ) ⅆ x

= π ∫ 1 4 ( - 16 ( 2x +4 ) 2 + 16 x 2 ) ⅆ x
= π ∫ 1 4 ( -16 ( 2x +4 ) -2 +16 x -2 ) ⅆ x

= π [ 8 ( 2x +4 ) -1 -16 x -1 ] 1 4

= π [ 8 2x +4 - 16 x ] 1 4

= π · ( 8 2⋅4 +4 - 16 4 - ( 8 2⋅1 +4 - 16 1 ) )

= π · ( 8 8 +4 -16⋅( 1 4 ) - ( 8 2 +4 -16⋅1 ) )

= π · ( 8 12 -4 - ( 8 6 -16 ) )

= π · ( 8⋅( 1 12 ) -4 - ( 8⋅( 1 6 ) -16 ) )

= π · ( 2 3 -4 - ( 4 3 -16 ) )

= π · ( 2 3 - 12 3 - ( 4 3 - 48 3 ) )

= π · ( - 10 3 -1 · ( - 44 3 ) )

= π · ( - 10 3 + 44 3 )

= π · 34 3

= 34 3 π


≈ 35,605

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 3x +4 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.

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 = 2 (linkes Schaubild) ist die gleiche Fläche wie die zwischen der Differenzfunktion f(x)-2 = 3x +4 -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 ( 3x +4 -2 ) 2 ⅆ x

= π ∫ 0 3 ( 3x +2 ) 2 ⅆ x

= π [ 1 9 ( 3x +2 ) 3 ] 0 3

= π · ( 1 9 ⋅ ( 3⋅3 +2 ) 3 - 1 9 ⋅ ( 3⋅0 +2 ) 3 )

= π · ( 1 9 ⋅ ( 9 +2 ) 3 - 1 9 ⋅ ( 0 +2 ) 3 )

= π · ( 1 9 ⋅ 11 3 - 1 9 ⋅ 2 3 )

= π · ( 1 9 ⋅1331 - 1 9 ⋅8 )

= π · ( 1331 9 - 8 9 )

= π · 147

= 147π


≈ 461,814