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

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

= π [ 1 6 ( 2x +3 ) 3 ] 0 2

= π · ( 1 6 ( 22 +3 ) 3 - 1 6 ( 20 +3 ) 3 )

= π · ( 1 6 ( 4 +3 ) 3 - 1 6 ( 0 +3 ) 3 )

= π · ( 1 6 7 3 - 1 6 3 3 )

= π · ( 1 6 343 - 1 6 27 )

= π · ( 343 6 - 9 2 )

= π · ( 343 6 - 27 6 )

= π · 158 3

= 158 3 π


≈ 165,457

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 2 x und g(x)= 2 3x +2 schließen eine Fläche ein. Diese Fläche rotiert im Intervall [1,4] 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 4 ( 2 x ) 2 x - π 1 4 ( 2 3x +2 ) 2 x

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

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

= π 1 4 ( 4 x 2 - 4 ( 3x +2 ) 2 ) x

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

= π [ 4 3 ( 3x +2 ) -1 -4 x -1 ] 1 4

= π [ 4 3( 3x +2 ) - 4 x ] 1 4

= π · ( 4 3( 34 +2 ) - 4 4 - ( 4 3( 31 +2 ) - 4 1 ) )

= π · ( 4 3( 12 +2 ) -4( 1 4 ) - ( 4 3( 3 +2 ) -41 ) )

= π · ( 4 3 14 -1 - ( 4 3 5 -4 ) )

= π · ( 4 3 ( 1 14 ) -1 - ( 4 3 ( 1 5 ) -4 ) )

= π · ( 2 21 -1 - ( 4 15 -4 ) )

= π · ( 2 21 - 21 21 - ( 4 15 - 60 15 ) )

= π · ( - 19 21 -1 · ( - 56 15 ) )

= π · ( - 19 21 + 56 15 )

= π · 99 35

= 99 35 π


≈ 8,886

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 3x +5 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.

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 = 3x +5 3x +3 -1 = 3x +5 3x +3 - 3x +3 3x +3
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 +5 3x +3 - 3x +3 3x +3 ) 2 x

= π 0 3 ( 3x +5 -3x -3 3x +3 ) 2 x

= π 0 3 ( 2 3x +3 ) 2 x

= π 0 3 2 2 · 1 ( 3x +3 ) 2 x

= π 0 3 4 ( 3x +3 ) 2 x
= π 0 3 4 ( 3x +3 ) -2 x

= π [ - 4 3 ( 3x +3 ) -1 ] 0 3

= π [ - 4 3( 3x +3 ) ] 0 3

= π · ( - 4 3( 33 +3 ) + 4 3( 30 +3 ) )

= π · ( - 4 3( 9 +3 ) + 4 3( 0 +3 ) )

= π · ( - 4 3 12 + 4 3 3 )

= π · ( - 4 3 ( 1 12 ) + 4 3 ( 1 3 ) )

= π · ( - 1 9 + 4 9 )

= π · 1 3

= 1 3 π


≈ 1,047