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 [1,2] um die x-Achse rotieren.
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

Lösung einblenden
V = π 1 2 ( 2 e -3x ) 2 x
= π 1 2 4 e -6x x

= π [ - 2 3 e -6x ] 1 2

= π · ( - 2 3 e -62 + 2 3 e -61 )

= π · ( - 2 3 e -12 + 2 3 e -6 )

= π · ( 2 3 e -6 - 2 3 e -12 )


≈ 0,005

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 9 x 2 und g(x)= 9 ( x +2 ) 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 ( 9 x 2 ) 2 x - π 1 3 ( 9 ( x +2 ) 2 ) 2 x

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

= π 1 3 ( ( 9 x 2 ) 2 - ( 9 ( x +2 ) 2 ) 2 ) x

= π 1 3 ( 81 x 4 - 81 ( x +2 ) 4 ) x

= π 1 3 ( - 81 ( x +2 ) 4 + 81 x 4 ) x
= π 1 3 ( -81 ( x +2 ) -4 +81 x -4 ) x

= π [ 27 ( x +2 ) -3 -27 x -3 ] 1 3

= π [ 27 ( x +2 ) 3 - 27 x 3 ] 1 3

= π · ( 27 ( 3 +2 ) 3 - 27 3 3 - ( 27 ( 1 +2 ) 3 - 27 1 3 ) )

= π · ( 27 5 3 -27( 1 27 ) - ( 27 3 3 -271 ) )

= π · ( 27( 1 125 ) -1 - ( 27( 1 27 ) -27 ) )

= π · ( 27 125 -1 - ( 1 -27 ) )

= π · ( 27 125 - 125 125 -1 · ( -26 ) )

= π · ( - 98 125 +26 )

= π · ( - 98 125 + 3250 125 )

= π · 3152 125

= 3152 125 π


≈ 79,218

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 2x +1 und der Geraden y = 1 rotiert im Intervall [0,2] um diese Gerade y = 1 (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 = 1 (linkes Schaubild) ist die gleiche Fläche wie die zwischen der Differenzfunktion f(x)-1 = 2x +1 -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 2 ( 2x +1 -1 ) 2 x

= π 0 2 ( 2x ) 2 x
= π 0 2 4 x 2 x

= π [ 4 3 x 3 ] 0 2

= π · ( 4 3 2 3 - 4 3 0 3 )

= π · ( 4 3 8 - 4 3 0 )

= π · ( 32 3 +0 )

= π · ( 32 3 +0 )

= π · 32 3

= 32 3 π


≈ 33,51