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)= 3 2x +2 soll im Intervall [0,1] um die x-Achse rotieren.
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

Lösung einblenden
V = π 0 1 ( 3 2x +2 ) 2 x
= π 0 1 9 ( 2x +2 ) 2 x
= π 0 1 9 ( 2x +2 ) -2 x

= π [ - 9 2 ( 2x +2 ) -1 ] 0 1

= π [ - 9 2( 2x +2 ) ] 0 1

= π · ( - 9 2( 21 +2 ) + 9 2( 20 +2 ) )

= π · ( - 9 2( 2 +2 ) + 9 2( 0 +2 ) )

= π · ( - 9 2 4 + 9 2 2 )

= π · ( - 9 2 ( 1 4 ) + 9 2 ( 1 2 ) )

= π · ( - 9 8 + 9 4 )

= π · ( - 9 8 + 18 8 )

= π · 9 8

= 9 8 π


≈ 3,534

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 5 x 2 und g(x)= 5 ( 3x +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 ( 5 x 2 ) 2 x - π 1 3 ( 5 ( 3x +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 ( ( 5 x 2 ) 2 - ( 5 ( 3x +2 ) 2 ) 2 ) x

= π 1 3 ( 25 x 4 - 25 ( 3x +2 ) 4 ) x

= π 1 3 ( - 25 ( 3x +2 ) 4 + 25 x 4 ) x
= π 1 3 ( -25 ( 3x +2 ) -4 +25 x -4 ) x

= π [ 25 9 ( 3x +2 ) -3 - 25 3 x -3 ] 1 3

= π [ 25 9 ( 3x +2 ) 3 - 25 3 x 3 ] 1 3

= π · ( 25 9 ( 33 +2 ) 3 - 25 3 3 3 - ( 25 9 ( 31 +2 ) 3 - 25 3 1 3 ) )

= π · ( 25 9 ( 9 +2 ) 3 - 25 3 ( 1 27 ) - ( 25 9 ( 3 +2 ) 3 - 25 3 1 ) )

= π · ( 25 9 11 3 - 25 81 - ( 25 9 5 3 - 25 3 ) )

= π · ( 25 9 ( 1 1331 ) - 25 81 - ( 25 9 ( 1 125 ) - 25 3 ) )

= π · ( 25 11979 - 25 81 - ( 1 45 - 25 3 ) )

= π · ( 225 107811 - 33275 107811 - ( 1 45 - 375 45 ) )

= π · ( - 33050 107811 -1 · ( - 374 45 ) )

= π · ( - 33050 107811 + 374 45 )

= π · 4314896 539055

= 4314896 539055 π


≈ 25,147

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 2 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.

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 = 2 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 ( 2 e 0,3x -1 ) 2 x

= π 0 2 ( 4 e 0,6x -4 e 0,3x +1 ) x

= π [ 20 3 e 0,6x - 40 3 e 0,3x + x ] 0 2

= π · ( 20 3 e 0,62 - 40 3 e 0,32 +2 - ( 20 3 e 0,60 - 40 3 e 0,30 +0) )

= π · ( 20 3 e 1,2 - 40 3 e 0,6 +2 - ( 20 3 e 0 - 40 3 e 0 +0) )

= π · ( 20 3 e 1,2 - 40 3 e 0,6 +2 - ( 20 3 - 40 3 +0) )

= π · ( 20 3 e 1,2 - 40 3 e 0,6 +2 - ( 20 3 - 40 3 +0) )

= π · ( 20 3 e 1,2 - 40 3 e 0,6 +2 -1 · ( - 20 3 ) )

= π · ( 20 3 e 1,2 - 40 3 e 0,6 +2 + 20 3 )

= π · ( 20 3 e 1,2 - 40 3 e 0,6 + 26 3 )


≈ 20,439