Aufgabenbeispiele von Rotationskörper

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Rotationskörper

Beispiel:

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

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V = π -1 0 ( 3 e -3x ) 2 x
= π -1 0 9 e -6x x

= π [ - 3 2 e -6x ] -1 0

= π · ( - 3 2 e -60 + 3 2 e -6( -1 ) )

= π · ( - 3 2 e 0 + 3 2 e 6 )

= π · ( - 3 2 + 3 2 e 6 )

= π · ( 3 2 e 6 - 3 2 )


≈ 1896,401

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 6 x 2 und g(x)= 6 ( x +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.

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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 ( 6 x 2 ) 2 x - π 1 4 ( 6 ( x +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 ( ( 6 x 2 ) 2 - ( 6 ( x +2 ) 2 ) 2 ) x

= π 1 4 ( 36 x 4 - 36 ( x +2 ) 4 ) x

= π 1 4 ( - 36 ( x +2 ) 4 + 36 x 4 ) x
= π 1 4 ( -36 ( x +2 ) -4 +36 x -4 ) x

= π [ 12 ( x +2 ) -3 -12 x -3 ] 1 4

= π [ 12 ( x +2 ) 3 - 12 x 3 ] 1 4

= π · ( 12 ( 4 +2 ) 3 - 12 4 3 - ( 12 ( 1 +2 ) 3 - 12 1 3 ) )

= π · ( 12 6 3 -12( 1 64 ) - ( 12 3 3 -121 ) )

= π · ( 12( 1 216 ) - 3 16 - ( 12( 1 27 ) -12 ) )

= π · ( 1 18 - 3 16 - ( 4 9 -12 ) )

= π · ( 8 144 - 27 144 - ( 4 9 - 108 9 ) )

= π · ( - 19 144 -1 · ( - 104 9 ) )

= π · ( - 19 144 + 104 9 )

= π · ( - 19 144 + 1664 144 )

= π · ( - 19 144 + 104 9 )

= π · 1645 144

= 1645 144 π


≈ 35,888

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 2x +2 und der Geraden y = 1 rotiert im Intervall [0,3] um diese Gerade y = 1 (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 = 1 (linkes Schaubild) ist die gleiche Fläche wie die zwischen der Differenzfunktion f(x)-1 = 2x +2 -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 3 ( 2x +2 -1 ) 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