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

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

= π [ 1 2 x 4 + 1 3 x 3 + x ] 0 2

= π · ( 1 2 2 4 + 1 3 2 3 +2 - ( 1 2 0 4 + 1 3 0 3 +0) )

= π · ( 1 2 16 + 1 3 8 +2 - ( 1 2 0 + 1 3 0 +0) )

= π · ( 8 + 8 3 +2 - (0+0+0) )

= π · ( 24 3 + 8 3 + 6 3 +0 )

= π · ( 38 3 )

= 38 3 π


≈ 39,794

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

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

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 2 ( 3 x ) 2 x - π 1 2 ( 3 x +2 ) 2 x

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

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

= π 1 2 ( 9 x 2 - 9 ( x +2 ) 2 ) x

= π 1 2 ( - 9 ( x +2 ) 2 + 9 x 2 ) x
= π 1 2 ( -9 ( x +2 ) -2 +9 x -2 ) x

= π [ 9 ( x +2 ) -1 -9 x -1 ] 1 2

= π [ 9 x +2 - 9 x ] 1 2

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

= π · ( 9 4 -9( 1 2 ) - ( 9 3 -91 ) )

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

= π · ( 9 4 - 9 2 - ( 3 -9 ) )

= π · ( 9 4 - 18 4 -1 · ( -6 ) )

= π · ( - 9 4 +6 )

= π · ( - 9 4 + 24 4 )

= π · 15 4

= 15 4 π


≈ 11,781

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 3x +2 und der Geraden y = 2 rotiert im Intervall [0,2] um diese Gerade y = 2 (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 = 2 (linkes Schaubild) ist die gleiche Fläche wie die zwischen der Differenzfunktion f(x)-2 = 3x +2 -2
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 ( 3x +2 -2 ) 2 x

= π 0 2 ( 3x ) 2 x
= π 0 2 9 x 2 x

= π [ 3 x 3 ] 0 2

= π · ( 3 2 3 -3 0 3 )

= π · ( 38 -30 )

= π · ( 24 +0 )

= π · 24

= 24π


≈ 75,398