Aufgabenbeispiele von Rotationskörper

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Rotationskörper

Beispiel:

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

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

= π [ - 1 2 e -2x ] 1 3

= π · ( - 1 2 e -23 + 1 2 e -21 )

= π · ( - 1 2 e -6 + 1 2 e -2 )

= π · ( 1 2 e -2 - 1 2 e -6 )


≈ 0,209

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 6 x 2 und g(x)= 6 ( x +2 ) 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 ( 6 x 2 ) 2 x - π 1 2 ( 6 ( 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 2 ( ( 6 x 2 ) 2 - ( 6 ( x +2 ) 2 ) 2 ) x

= π 1 2 ( 36 x 4 - 36 ( x +2 ) 4 ) x

= π 1 2 ( - 36 ( x +2 ) 4 + 36 x 4 ) x
= π 1 2 ( -36 ( x +2 ) -4 +36 x -4 ) x

= π [ 12 ( x +2 ) -3 -12 x -3 ] 1 2

= π [ 12 ( x +2 ) 3 - 12 x 3 ] 1 2

= π · ( 12 ( 2 +2 ) 3 - 12 2 3 - ( 12 ( 1 +2 ) 3 - 12 1 3 ) )

= π · ( 12 4 3 -12( 1 8 ) - ( 12 3 3 -121 ) )

= π · ( 12( 1 64 ) - 3 2 - ( 12( 1 27 ) -12 ) )

= π · ( 3 16 - 3 2 - ( 4 9 -12 ) )

= π · ( 3 16 - 24 16 - ( 4 9 - 108 9 ) )

= π · ( - 21 16 -1 · ( - 104 9 ) )

= π · ( - 21 16 + 104 9 )

= π · ( - 189 144 + 1664 144 )

= π · ( - 21 16 + 104 9 )

= π · 1475 144

= 1475 144 π


≈ 32,18

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 [0,2] 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 2 ( e 0,3x -1 ) 2 x

= π 0 2 ( e 0,6x -2 e 0,3x +1 ) x

= π [ 5 3 e 0,6x - 20 3 e 0,3x + x ] 0 2

= π · ( 5 3 e 0,62 - 20 3 e 0,32 +2 - ( 5 3 e 0,60 - 20 3 e 0,30 +0) )

= π · ( 5 3 e 1,2 - 20 3 e 0,6 +2 - ( 5 3 e 0 - 20 3 e 0 +0) )

= π · ( 5 3 e 1,2 - 20 3 e 0,6 +2 - ( 5 3 - 20 3 +0) )

= π · ( 5 3 e 1,2 - 20 3 e 0,6 +2 - ( 5 3 - 20 3 +0) )

= π · ( 5 3 e 1,2 - 20 3 e 0,6 +2 -1 · ( -5 ) )

= π · ( 5 3 e 1,2 - 20 3 e 0,6 +2 +5 )

= π · ( 5 3 e 1,2 - 20 3 e 0,6 +7 )


≈ 1,213