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)= x +1 soll im Intervall [-1,1] um die x-Achse rotieren.
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

Lösung einblenden
V = π -1 1 ( x +1 ) 2 x

= π [ 1 3 ( x +1 ) 3 ] -1 1

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

= π · ( 1 3 2 3 - 1 3 0 3 )

= π · ( 1 3 8 - 1 3 0 )

= π · ( 8 3 +0 )

= π · ( 8 3 +0 )

= π · 8 3

= 8 3 π


≈ 8,378

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 3 x 2 und g(x)= 3 ( 2x +1 ) 2 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 ( 3 x 2 ) 2 x - π 1 2 ( 3 ( 2x +1 ) 2 ) 2 x

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

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

= π 1 2 ( 9 x 4 - 9 ( 2x +1 ) 4 ) x

= π 1 2 ( - 9 ( 2x +1 ) 4 + 9 x 4 ) x
= π 1 2 ( -9 ( 2x +1 ) -4 +9 x -4 ) x

= π [ 3 2 ( 2x +1 ) -3 -3 x -3 ] 1 2

= π [ 3 2 ( 2x +1 ) 3 - 3 x 3 ] 1 2

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

= π · ( 3 2 ( 4 +1 ) 3 -3( 1 8 ) - ( 3 2 ( 2 +1 ) 3 -31 ) )

= π · ( 3 2 5 3 - 3 8 - ( 3 2 3 3 -3 ) )

= π · ( 3 2 ( 1 125 ) - 3 8 - ( 3 2 ( 1 27 ) -3 ) )

= π · ( 3 250 - 3 8 - ( 1 18 -3 ) )

= π · ( 12 1000 - 375 1000 - ( 1 18 - 54 18 ) )

= π · ( - 363 1000 -1 · ( - 53 18 ) )

= π · ( - 363 1000 + 53 18 )

= π · 23233 9000

= 23233 9000 π


≈ 8,11

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 2 ( 3x +3 ) 2 +5 ( 3x +3 ) 2 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 = 2 ( 3x +3 ) 2 +5 ( 3x +3 ) 2 -2 = 2 ( 3x +3 ) 2 +5 ( 3x +3 ) 2 - 2 ( 3x +3 ) 2 ( 3x +3 ) 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 ( 2 ( 3x +3 ) 2 +5 ( 3x +3 ) 2 - 2 ( 3x +3 ) 2 ( 3x +3 ) 2 ) 2 x

= π 0 1 ( 2 ( 3x +3 ) 2 +5 -2 ( 3x +3 ) 2 ( 3x +3 ) 2 ) 2 x

= π 0 1 ( 5 ( 3x +3 ) 2 ) 2 x

= π 0 1 5 2 · 1 ( 3x +3 ) 4 x

= π 0 1 25 ( 3x +3 ) 4 x
= π 0 1 25 ( 3x +3 ) -4 x

= π [ - 25 9 ( 3x +3 ) -3 ] 0 1

= π [ - 25 9 ( 3x +3 ) 3 ] 0 1

= π · ( - 25 9 ( 31 +3 ) 3 + 25 9 ( 30 +3 ) 3 )

= π · ( - 25 9 ( 3 +3 ) 3 + 25 9 ( 0 +3 ) 3 )

= π · ( - 25 9 6 3 + 25 9 3 3 )

= π · ( - 25 9 ( 1 216 ) + 25 9 ( 1 27 ) )

= π · ( - 25 1944 + 25 243 )

= π · ( - 25 1944 + 200 1944 )

= π · 175 1944

= 175 1944 π


≈ 0,283