Aufgabenbeispiele von Rotationskörper

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Rotationskörper

Beispiel:

Die Fläche unter dem Graph von f mit f(x)= 5 x 2 +5x +1 soll im Intervall [0,3] um die x-Achse rotieren.
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

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

= π [ 5 3 x 3 + 5 2 x 2 + x ] 0 3

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

= π · ( 5 3 27 + 5 2 9 +3 - ( 5 3 0 + 5 2 0 +0) )

= π · ( 45 + 45 2 +3 - (0+0+0) )

= π · ( 90 2 + 45 2 + 6 2 +0 )

= π · ( 141 2 )

= 141 2 π


≈ 221,482

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 10 x 2 und g(x)= 10 ( 2x +3 ) 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.

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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 ( 10 x 2 ) 2 x - π 1 2 ( 10 ( 2x +3 ) 2 ) 2 x

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

= π 1 2 ( ( 10 x 2 ) 2 - ( 10 ( 2x +3 ) 2 ) 2 ) x

= π 1 2 ( 100 x 4 - 100 ( 2x +3 ) 4 ) x

= π 1 2 ( - 100 ( 2x +3 ) 4 + 100 x 4 ) x
= π 1 2 ( -100 ( 2x +3 ) -4 +100 x -4 ) x

= π [ 50 3 ( 2x +3 ) -3 - 100 3 x -3 ] 1 2

= π [ 50 3 ( 2x +3 ) 3 - 100 3 x 3 ] 1 2

= π · ( 50 3 ( 22 +3 ) 3 - 100 3 2 3 - ( 50 3 ( 21 +3 ) 3 - 100 3 1 3 ) )

= π · ( 50 3 ( 4 +3 ) 3 - 100 3 ( 1 8 ) - ( 50 3 ( 2 +3 ) 3 - 100 3 1 ) )

= π · ( 50 3 7 3 - 25 6 - ( 50 3 5 3 - 100 3 ) )

= π · ( 50 3 ( 1 343 ) - 25 6 - ( 50 3 ( 1 125 ) - 100 3 ) )

= π · ( 50 1029 - 25 6 - ( 2 15 - 100 3 ) )

= π · ( 100 2058 - 8575 2058 - ( 2 15 - 500 15 ) )

= π · ( - 2825 686 -1 · ( - 166 5 ) )

= π · ( - 2825 686 + 166 5 )

= π · 99751 3430

= 99751 3430 π


≈ 91,364

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 3 e 0,5x 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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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 = 1 (linkes Schaubild) ist die gleiche Fläche wie die zwischen der Differenzfunktion f(x)-1 = 3 e 0,5x -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 ( 3 e 0,5x -1 ) 2 x

= π 0 3 ( 9 e x -6 e 0,5x +1 ) x

= π [ 9 e x -12 e 0,5x + x ] 0 3

= π · ( 9 e 3 -12 e 0,53 +3 - ( 9 e 0 -12 e 0,50 +0) )

= π · ( 9 e 3 -12 e 1,5 +3 - ( 9 -12 e 0 +0) )

= π · ( 9 e 3 -12 e 1,5 +3 - ( 9 -12 +0) )

= π · ( 9 e 3 -12 e 1,5 +3 -1 · ( -3 ) )

= π · ( 9 e 3 -12 e 1,5 +3 +3 )

= π · ( 9 e 3 -12 e 1,5 +6 )


≈ 417,799