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

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

= π [ 1 9 ( 3x +2 ) 3 ] -1 1

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

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

= π · ( 1 9 5 3 - 1 9 ( -1 ) 3 )

= π · ( 1 9 125 - 1 9 ( -1 ) )

= π · ( 125 9 + 1 9 )

= π · 14

= 14π


≈ 43,982

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 4 x und g(x)= 4 2x +4 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 ( 4 x ) 2 x - π 1 4 ( 4 2x +4 ) 2 x

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

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

= π 1 4 ( 16 x 2 - 16 ( 2x +4 ) 2 ) x

= π 1 4 ( - 16 ( 2x +4 ) 2 + 16 x 2 ) x
= π 1 4 ( -16 ( 2x +4 ) -2 +16 x -2 ) x

= π [ 8 ( 2x +4 ) -1 -16 x -1 ] 1 4

= π [ 8 2x +4 - 16 x ] 1 4

= π · ( 8 24 +4 - 16 4 - ( 8 21 +4 - 16 1 ) )

= π · ( 8 8 +4 -16( 1 4 ) - ( 8 2 +4 -161 ) )

= π · ( 8 12 -4 - ( 8 6 -16 ) )

= π · ( 8( 1 12 ) -4 - ( 8( 1 6 ) -16 ) )

= π · ( 2 3 -4 - ( 4 3 -16 ) )

= π · ( 2 3 - 12 3 - ( 4 3 - 48 3 ) )

= π · ( - 10 3 -1 · ( - 44 3 ) )

= π · ( - 10 3 + 44 3 )

= π · 34 3

= 34 3 π


≈ 35,605

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 3x +7 x +1 und der Geraden y = 3 rotiert im Intervall [0,1] um diese Gerade y = 3 (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 = 3 (linkes Schaubild) ist die gleiche Fläche wie die zwischen der Differenzfunktion f(x)-3 = 3x +7 x +1 -3 = 3x +7 x +1 - 3( x +1 ) x +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 1 ( 3x +7 x +1 - 3( x +1 ) x +1 ) 2 x

= π 0 1 ( 3x +7 -3x -3 x +1 ) 2 x

= π 0 1 ( 4 x +1 ) 2 x

= π 0 1 4 2 · 1 ( x +1 ) 2 x

= π 0 1 16 ( x +1 ) 2 x
= π 0 1 16 ( x +1 ) -2 x

= π [ -16 ( x +1 ) -1 ] 0 1

= π [ - 16 x +1 ] 0 1

= π · ( - 16 1 +1 + 16 0 +1 )

= π · ( - 16 2 + 16 1 )

= π · ( -16( 1 2 ) +161 )

= π · ( -8 +16 )

= π · 8

= 8π


≈ 25,133