Aufgabenbeispiele von Rotationskörper

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Rotationskörper

Beispiel:

Die Fläche unter dem Graph von f mit f(x)= 44 ( 3x +2 ) 2 soll im Intervall [0,3] um die x-Achse rotieren.
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

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V = π 0 3 ( 44 ( 3x +2 ) 2 ) 2 x
= π 0 3 1936 ( 3x +2 ) 4 x
= π 0 3 1936 ( 3x +2 ) -4 x

= π [ - 1936 9 ( 3x +2 ) -3 ] 0 3

= π [ - 1936 9 ( 3x +2 ) 3 ] 0 3

= π · ( - 1936 9 ( 33 +2 ) 3 + 1936 9 ( 30 +2 ) 3 )

= π · ( - 1936 9 ( 9 +2 ) 3 + 1936 9 ( 0 +2 ) 3 )

= π · ( - 1936 9 11 3 + 1936 9 2 3 )

= π · ( - 1936 9 ( 1 1331 ) + 1936 9 ( 1 8 ) )

= π · ( - 16 99 + 242 9 )

= π · ( - 16 99 + 2662 99 )

= π · 294 11

= 294 11 π


≈ 83,966

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

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

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

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

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

= π 1 3 ( 4 x 2 - 4 ( 2x +3 ) 2 ) x

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

= π [ 2 ( 2x +3 ) -1 -4 x -1 ] 1 3

= π [ 2 2x +3 - 4 x ] 1 3

= π · ( 2 23 +3 - 4 3 - ( 2 21 +3 - 4 1 ) )

= π · ( 2 6 +3 -4( 1 3 ) - ( 2 2 +3 -41 ) )

= π · ( 2 9 - 4 3 - ( 2 5 -4 ) )

= π · ( 2( 1 9 ) - 4 3 - ( 2( 1 5 ) -4 ) )

= π · ( 2 9 - 4 3 - ( 2 5 -4 ) )

= π · ( 2 9 - 12 9 - ( 2 5 - 20 5 ) )

= π · ( - 10 9 -1 · ( - 18 5 ) )

= π · ( - 10 9 + 18 5 )

= π · 112 45

= 112 45 π


≈ 7,819

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 3x +3 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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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 = 3x +3 -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 ( 3x +3 -1 ) 2 x

= π 0 3 ( 3x +2 ) 2 x

= π [ 1 9 ( 3x +2 ) 3 ] 0 3

= π · ( 1 9 ( 33 +2 ) 3 - 1 9 ( 30 +2 ) 3 )

= π · ( 1 9 ( 9 +2 ) 3 - 1 9 ( 0 +2 ) 3 )

= π · ( 1 9 11 3 - 1 9 2 3 )

= π · ( 1 9 1331 - 1 9 8 )

= π · ( 1331 9 - 8 9 )

= π · 147

= 147π


≈ 461,814