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)= 48 ( 2x +4 ) 2 soll im Intervall [0,1] um die x-Achse rotieren.
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

Lösung einblenden
V = π ∫ 0 1 ( 48 ( 2x +4 ) 2 ) 2 ⅆ x
= π ∫ 0 1 2304 ( 2x +4 ) 4 ⅆ x
= π ∫ 0 1 2304 ( 2x +4 ) -4 ⅆ x

= π [ -384 ( 2x +4 ) -3 ] 0 1

= π [ - 384 ( 2x +4 ) 3 ] 0 1

= π · ( - 384 ( 2⋅1 +4 ) 3 + 384 ( 2⋅0 +4 ) 3 )

= π · ( - 384 ( 2 +4 ) 3 + 384 ( 0 +4 ) 3 )

= π · ( - 384 6 3 + 384 4 3 )

= π · ( -384⋅( 1 216 ) +384⋅( 1 64 ) )

= π · ( - 16 9 +6 )

= π · ( - 16 9 + 54 9 )

= π · 38 9

= 38 9 π


≈ 13,265

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

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

= π ∫ 1 2 ( 9 x 2 - 9 ( 3x +4 ) 2 ) ⅆ x

= π ∫ 1 2 ( - 9 ( 3x +4 ) 2 + 9 x 2 ) ⅆ x
= π ∫ 1 2 ( -9 ( 3x +4 ) -2 +9 x -2 ) ⅆ x

= π [ 3 ( 3x +4 ) -1 -9 x -1 ] 1 2

= π [ 3 3x +4 - 9 x ] 1 2

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

= π · ( 3 6 +4 -9⋅( 1 2 ) - ( 3 3 +4 -9⋅1 ) )

= π · ( 3 10 - 9 2 - ( 3 7 -9 ) )

= π · ( 3⋅( 1 10 ) - 9 2 - ( 3⋅( 1 7 ) -9 ) )

= π · ( 3 10 - 9 2 - ( 3 7 -9 ) )

= π · ( 3 10 - 45 10 - ( 3 7 - 63 7 ) )

= π · ( - 21 5 -1 · ( - 60 7 ) )

= π · ( - 21 5 + 60 7 )

= π · 153 35

= 153 35 π


≈ 13,733

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 [0,3] 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 +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 3 ( 3x +3 -1 ) 2 ⅆ x

= π ∫ 0 3 ( 3x +2 ) 2 ⅆ x

= π [ 1 9 ( 3x +2 ) 3 ] 0 3

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

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

= π · ( 1 9 ⋅ 11 3 - 1 9 ⋅ 2 3 )

= π · ( 1 9 ⋅1331 - 1 9 ⋅8 )

= π · ( 1331 9 - 8 9 )

= π · 147

= 147π


≈ 461,814