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 x 2 +5x +3 soll im Intervall [0,2] um die x-Achse rotieren.
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

Lösung einblenden
V = π ∫ 0 2 ( 3 x 2 +5x +3 ) 2 ⅆ x
= π ∫ 0 2 ( 3 x 2 +5x +3 ) ⅆ x

= π [ x 3 + 5 2 x 2 +3x ] 0 2

= π · ( 2 3 + 5 2 ⋅ 2 2 +3⋅2 - ( 0 3 + 5 2 ⋅ 0 2 +3⋅0 ) )

= π · ( 8 + 5 2 ⋅4 +6 - ( 0 + 5 2 ⋅0 +0) )

= π · ( 8 +10 +6 - (0+0+0) )

= π · ( 24 +0 )

= π · ( 24 )

= 24π


≈ 75,398

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

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

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

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

= π ∫ 1 2 ( 25 x 2 - 25 ( 3x +1 ) 2 ) ⅆ x

= π ∫ 1 2 ( - 25 ( 3x +1 ) 2 + 25 x 2 ) ⅆ x
= π ∫ 1 2 ( -25 ( 3x +1 ) -2 +25 x -2 ) ⅆ x

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

= π [ 25 3( 3x +1 ) - 25 x ] 1 2

= π · ( 25 3( 3⋅2 +1 ) - 25 2 - ( 25 3( 3⋅1 +1 ) - 25 1 ) )

= π · ( 25 3( 6 +1 ) -25⋅( 1 2 ) - ( 25 3( 3 +1 ) -25⋅1 ) )

= π · ( 25 3⋅ 7 - 25 2 - ( 25 3⋅ 4 -25 ) )

= π · ( 25 3 ⋅( 1 7 ) - 25 2 - ( 25 3 ⋅( 1 4 ) -25 ) )

= π · ( 25 21 - 25 2 - ( 25 12 -25 ) )

= π · ( 50 42 - 525 42 - ( 25 12 - 300 12 ) )

= π · ( - 475 42 -1 · ( - 275 12 ) )

= π · ( - 475 42 + 275 12 )

= π · 325 28

= 325 28 π


≈ 36,465

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 3 e 0,4x und der Geraden y = 2 rotiert im Intervall [0,1] 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 = 3 e 0,4x -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 1 ( 3 e 0,4x -2 ) 2 ⅆ x

= π ∫ 0 1 ( 9 e 0,8x -12 e 0,4x +4 ) ⅆ x

= π [ 45 4 e 0,8x -30 e 0,4x +4x ] 0 1

= π · ( 45 4 e 0,8⋅1 -30 e 0,4⋅1 +4⋅1 - ( 45 4 e 0,8⋅0 -30 e 0,4⋅0 +4⋅0 ) )

= π · ( 45 4 e 0,8 -30 e 0,4 +4 - ( 45 4 e 0 -30 e 0 +0) )

= π · ( 45 4 e 0,8 -30 e 0,4 +4 - ( 45 4 -30 +0) )

= π · ( 45 4 e 0,8 -30 e 0,4 +4 - ( 45 4 - 120 4 +0) )

= π · ( 45 4 e 0,8 -30 e 0,4 +4 -1 · ( - 75 4 ) )

= π · ( 45 4 e 0,8 -30 e 0,4 +4 + 75 4 )

= π · ( 45 4 e 0,8 -30 e 0,4 + 91 4 )


≈ 9,527