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

Lösung einblenden
V = π 0 3 ( 3 e -3x ) 2 x
= π 0 3 3 e -3x x

= π [ - e -3x ] 0 3

= π · ( - e -33 + e -30 )

= π · ( - e -9 + e 0 )

= π · ( - e -9 +1 )


≈ 3,141

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 5 x und g(x)= 5 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 ( 5 x ) 2 x - π 1 4 ( 5 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 ( ( 5 x ) 2 - ( 5 3x +2 ) 2 ) x

= π 1 4 ( 25 x 2 - 25 ( 3x +2 ) 2 ) x

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

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

= π [ 25 3( 3x +2 ) - 25 x ] 1 4

= π · ( 25 3( 34 +2 ) - 25 4 - ( 25 3( 31 +2 ) - 25 1 ) )

= π · ( 25 3( 12 +2 ) -25( 1 4 ) - ( 25 3( 3 +2 ) -251 ) )

= π · ( 25 3 14 - 25 4 - ( 25 3 5 -25 ) )

= π · ( 25 3 ( 1 14 ) - 25 4 - ( 25 3 ( 1 5 ) -25 ) )

= π · ( 25 42 - 25 4 - ( 5 3 -25 ) )

= π · ( 50 84 - 525 84 - ( 5 3 - 75 3 ) )

= π · ( - 475 84 -1 · ( - 70 3 ) )

= π · ( - 475 84 + 70 3 )

= π · 495 28

= 495 28 π


≈ 55,539

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 [0,1] 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 +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 1 ( 3x +3 -1 ) 2 x

= π 0 1 ( 3x +2 ) 2 x

= π [ 1 9 ( 3x +2 ) 3 ] 0 1

= π · ( 1 9 ( 31 +2 ) 3 - 1 9 ( 30 +2 ) 3 )

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

= π · ( 1 9 5 3 - 1 9 2 3 )

= π · ( 1 9 125 - 1 9 8 )

= π · ( 125 9 - 8 9 )

= π · 13

= 13π


≈ 40,841