Aufgabenbeispiele von Rotationskörper

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Rotationskörper

Beispiel:

Die Fläche unter dem Graph von f mit f(x)= 5 x 3 +2 x 2 +5x soll im Intervall [0,2] um die x-Achse rotieren.
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

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V = π 0 2 ( 5 x 3 +2 x 2 +5x ) 2 x
= π 0 2 ( 5 x 3 +2 x 2 +5x ) x

= π [ 5 4 x 4 + 2 3 x 3 + 5 2 x 2 ] 0 2

= π · ( 5 4 2 4 + 2 3 2 3 + 5 2 2 2 - ( 5 4 0 4 + 2 3 0 3 + 5 2 0 2 ) )

= π · ( 5 4 16 + 2 3 8 + 5 2 4 - ( 5 4 0 + 2 3 0 + 5 2 0 ) )

= π · ( 20 + 16 3 +10 - (0+0+0) )

= π · ( 60 3 + 16 3 + 30 3 +0 )

= π · ( 106 3 )

= 106 3 π


≈ 111,003

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 15 x 2 und g(x)= 15 ( x +4 ) 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 ( 15 x 2 ) 2 x - π 1 4 ( 15 ( x +4 ) 2 ) 2 x

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

= π 1 4 ( ( 15 x 2 ) 2 - ( 15 ( x +4 ) 2 ) 2 ) x

= π 1 4 ( 225 x 4 - 225 ( x +4 ) 4 ) x

= π 1 4 ( - 225 ( x +4 ) 4 + 225 x 4 ) x
= π 1 4 ( -225 ( x +4 ) -4 +225 x -4 ) x

= π [ 75 ( x +4 ) -3 -75 x -3 ] 1 4

= π [ 75 ( x +4 ) 3 - 75 x 3 ] 1 4

= π · ( 75 ( 4 +4 ) 3 - 75 4 3 - ( 75 ( 1 +4 ) 3 - 75 1 3 ) )

= π · ( 75 8 3 -75( 1 64 ) - ( 75 5 3 -751 ) )

= π · ( 75( 1 512 ) - 75 64 - ( 75( 1 125 ) -75 ) )

= π · ( 75 512 - 75 64 - ( 3 5 -75 ) )

= π · ( 75 512 - 600 512 - ( 3 5 - 375 5 ) )

= π · ( - 525 512 -1 · ( - 372 5 ) )

= π · ( - 525 512 + 372 5 )

= π · ( - 2625 2560 + 190464 2560 )

= π · ( - 525 512 + 372 5 )

= π · 187839 2560

= 187839 2560 π


≈ 230,513

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 3 e 0,3x und der Geraden y = 3 rotiert im Intervall [0,2] um diese Gerade y = 3 (nicht um die x-Achse).
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

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Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(
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Die Fläche zwischen dem Graph von f und der Geraden y = 3 (linkes Schaubild) ist die gleiche Fläche wie die zwischen der Differenzfunktion f(x)-3 = 3 e 0,3x -3
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 ( 3 e 0,3x -3 ) 2 x

= π 0 2 ( 9 e 0,6x -18 e 0,3x +9 ) x

= π [ 15 e 0,6x -60 e 0,3x +9x ] 0 2

= π · ( 15 e 0,62 -60 e 0,32 +92 - ( 15 e 0,60 -60 e 0,30 +90 ) )

= π · ( 15 e 1,2 -60 e 0,6 +18 - ( 15 e 0 -60 e 0 +0) )

= π · ( 15 e 1,2 -60 e 0,6 +18 - ( 15 -60 +0) )

= π · ( 15 e 1,2 -60 e 0,6 +18 -1 · ( -45 ) )

= π · ( 15 e 1,2 -60 e 0,6 +18 +45 )

= π · ( 15 e 1,2 -60 e 0,6 +63 )


≈ 10,916