Aufgabenbeispiele von Rotationskörper

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Rotationskörper

Beispiel:

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

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

= π [ - 1 6 e -6x ] -1 1

= π · ( - 1 6 e -61 + 1 6 e -6( -1 ) )

= π · ( - 1 6 e -6 + 1 6 e 6 )

= π · ( 1 6 e 6 - 1 6 e -6 )


≈ 211,234

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 4 x und g(x)= 4 2x +3 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.

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

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

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

= π 1 2 ( 16 x 2 - 16 ( 2x +3 ) 2 ) x

= π 1 2 ( - 16 ( 2x +3 ) 2 + 16 x 2 ) x
= π 1 2 ( -16 ( 2x +3 ) -2 +16 x -2 ) x

= π [ 8 ( 2x +3 ) -1 -16 x -1 ] 1 2

= π [ 8 2x +3 - 16 x ] 1 2

= π · ( 8 22 +3 - 16 2 - ( 8 21 +3 - 16 1 ) )

= π · ( 8 4 +3 -16( 1 2 ) - ( 8 2 +3 -161 ) )

= π · ( 8 7 -8 - ( 8 5 -16 ) )

= π · ( 8( 1 7 ) -8 - ( 8( 1 5 ) -16 ) )

= π · ( 8 7 -8 - ( 8 5 -16 ) )

= π · ( 8 7 - 56 7 - ( 8 5 - 80 5 ) )

= π · ( - 48 7 -1 · ( - 72 5 ) )

= π · ( - 48 7 + 72 5 )

= π · 264 35

= 264 35 π


≈ 23,697

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= e 0,3x 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 = e 0,3x -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 ( e 0,3x -1 ) 2 x

= π 0 3 ( e 0,6x -2 e 0,3x +1 ) x

= π [ 5 3 e 0,6x - 20 3 e 0,3x + x ] 0 3

= π · ( 5 3 e 0,63 - 20 3 e 0,33 +3 - ( 5 3 e 0,60 - 20 3 e 0,30 +0) )

= π · ( 5 3 e 1,8 - 20 3 e 0,9 +3 - ( 5 3 e 0 - 20 3 e 0 +0) )

= π · ( 5 3 e 1,8 - 20 3 e 0,9 +3 - ( 5 3 - 20 3 +0) )

= π · ( 5 3 e 1,8 - 20 3 e 0,9 +3 - ( 5 3 - 20 3 +0) )

= π · ( 5 3 e 1,8 - 20 3 e 0,9 +3 -1 · ( -5 ) )

= π · ( 5 3 e 1,8 - 20 3 e 0,9 +3 +5 )

= π · ( 5 3 e 1,8 - 20 3 e 0,9 +8 )


≈ 5,295