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

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

= π [ - 2 3 e -3x ] 0 3

= π · ( - 2 3 e -3⋅3 + 2 3 e -3⋅0 )

= π · ( - 2 3 e -9 + 2 3 e 0 )

= π · ( - 2 3 e -9 + 2 3 )


≈ 2,094

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 5 x und g(x)= 5 3x +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.

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

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

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

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

= π [ 25 3( 3x +2 ) - 25 x ] 1 3

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

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

= π · ( 25 3⋅ 11 - 25 3 - ( 25 3⋅ 5 -25 ) )

= π · ( 25 3 ⋅( 1 11 ) - 25 3 - ( 25 3 ⋅( 1 5 ) -25 ) )

= π · ( 25 33 - 25 3 - ( 5 3 -25 ) )

= π · ( 25 33 - 275 33 - ( 5 3 - 75 3 ) )

= π · ( - 250 33 -1 · ( - 70 3 ) )

= π · ( - 250 33 + 70 3 )

= π · 520 33

= 520 33 π


≈ 49,504

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 [0,2] 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 2 ( 3x +4 -4 ) 2 ⅆ x

= π ∫ 0 2 ( 3x ) 2 ⅆ x
= π ∫ 0 2 9 x 2 ⅆ x

= π [ 3 x 3 ] 0 2

= π · ( 3⋅ 2 3 -3⋅ 0 3 )

= π · ( 3⋅8 -3⋅0 )

= π · ( 24 +0 )

= π · 24

= 24π


≈ 75,398