Aufgabenbeispiele von Rotationskörper

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Rotationskörper

Beispiel:

Die Fläche unter dem Graph von f mit f(x)= e -x soll im Intervall [0,3] um die x-Achse rotieren.
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

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V = π 0 3 ( e -x ) 2 x
= π 0 3 e -x x

= π [ - e -x ] 0 3

= π · ( - e -3 + e -0 )

= π · ( - e -3 +1 )


≈ 2,985

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 5 x und g(x)= 5 2x +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.

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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 ( 5 x ) 2 x - π 1 2 ( 5 2x +4 ) 2 x

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

= π 1 2 ( ( 5 x ) 2 - ( 5 2x +4 ) 2 ) x

= π 1 2 ( 25 x 2 - 25 ( 2x +4 ) 2 ) x

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

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

= π [ 25 2( 2x +4 ) - 25 x ] 1 2

= π · ( 25 2( 22 +4 ) - 25 2 - ( 25 2( 21 +4 ) - 25 1 ) )

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

= π · ( 25 2 8 - 25 2 - ( 25 2 6 -25 ) )

= π · ( 25 2 ( 1 8 ) - 25 2 - ( 25 2 ( 1 6 ) -25 ) )

= π · ( 25 16 - 25 2 - ( 25 12 -25 ) )

= π · ( 25 16 - 200 16 - ( 25 12 - 300 12 ) )

= π · ( - 175 16 -1 · ( - 275 12 ) )

= π · ( - 175 16 + 275 12 )

= π · 575 48

= 575 48 π


≈ 37,634

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= x +1 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.

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

= π 0 3 ( x ) 2 x
= π 0 3 x 2 x

= π [ 1 3 x 3 ] 0 3

= π · ( 1 3 3 3 - 1 3 0 3 )

= π · ( 1 3 27 - 1 3 0 )

= π · ( 9 +0 )

= π · 9

= 9π


≈ 28,274