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Rotationskörper

Beispiel:

Die Fläche unter dem Graph von f mit f(x)= 2 2x +3 soll im Intervall [0,1] um die x-Achse rotieren.
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

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V = π 0 1 ( 2 2x +3 ) 2 x
= π 0 1 4 ( 2x +3 ) 2 x
= π 0 1 4 ( 2x +3 ) -2 x

= π [ -2 ( 2x +3 ) -1 ] 0 1

= π [ - 2 2x +3 ] 0 1

= π · ( - 2 21 +3 + 2 20 +3 )

= π · ( - 2 2 +3 + 2 0 +3 )

= π · ( - 2 5 + 2 3 )

= π · ( -2( 1 5 ) +2( 1 3 ) )

= π · ( - 2 5 + 2 3 )

= π · ( - 6 15 + 10 15 )

= π · 4 15

= 4 15 π


≈ 0,838

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 12 x 2 und g(x)= 12 ( 2x +2 ) 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.

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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 ( 12 x 2 ) 2 x - π 1 2 ( 12 ( 2x +2 ) 2 ) 2 x

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

= π 1 2 ( ( 12 x 2 ) 2 - ( 12 ( 2x +2 ) 2 ) 2 ) x

= π 1 2 ( 144 x 4 - 144 ( 2x +2 ) 4 ) x

= π 1 2 ( - 144 ( 2x +2 ) 4 + 144 x 4 ) x
= π 1 2 ( -144 ( 2x +2 ) -4 +144 x -4 ) x

= π [ 24 ( 2x +2 ) -3 -48 x -3 ] 1 2

= π [ 24 ( 2x +2 ) 3 - 48 x 3 ] 1 2

= π · ( 24 ( 22 +2 ) 3 - 48 2 3 - ( 24 ( 21 +2 ) 3 - 48 1 3 ) )

= π · ( 24 ( 4 +2 ) 3 -48( 1 8 ) - ( 24 ( 2 +2 ) 3 -481 ) )

= π · ( 24 6 3 -6 - ( 24 4 3 -48 ) )

= π · ( 24( 1 216 ) -6 - ( 24( 1 64 ) -48 ) )

= π · ( 1 9 -6 - ( 3 8 -48 ) )

= π · ( 1 9 - 54 9 - ( 3 8 - 384 8 ) )

= π · ( - 53 9 -1 · ( - 381 8 ) )

= π · ( - 53 9 + 381 8 )

= π · 3005 72

= 3005 72 π


≈ 131,118

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

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

= π 0 3 ( 4 e 0,6x -8 e 0,3x +4 ) x

= π [ 20 3 e 0,6x - 80 3 e 0,3x +4x ] 0 3

= π · ( 20 3 e 0,63 - 80 3 e 0,33 +43 - ( 20 3 e 0,60 - 80 3 e 0,30 +40 ) )

= π · ( 20 3 e 1,8 - 80 3 e 0,9 +12 - ( 20 3 e 0 - 80 3 e 0 +0) )

= π · ( 20 3 e 1,8 - 80 3 e 0,9 +12 - ( 20 3 - 80 3 +0) )

= π · ( 20 3 e 1,8 - 80 3 e 0,9 +12 - ( 20 3 - 80 3 +0) )

= π · ( 20 3 e 1,8 - 80 3 e 0,9 +12 -1 · ( -20 ) )

= π · ( 20 3 e 1,8 - 80 3 e 0,9 +12 +20 )

= π · ( 20 3 e 1,8 - 80 3 e 0,9 +32 )


≈ 21,179