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)= 2 e -3x soll im Intervall [0,1] um die x-Achse rotieren.
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

Lösung einblenden
V = π 0 1 ( 2 e -3x ) 2 x
= π 0 1 2 e -3x x

= π [ - 2 3 e -3x ] 0 1

= π · ( - 2 3 e -31 + 2 3 e -30 )

= π · ( - 2 3 e -3 + 2 3 e 0 )

= π · ( - 2 3 e -3 + 2 3 )


≈ 1,99

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 6 x 2 und g(x)= 6 ( 2x +4 ) 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 ( 6 x 2 ) 2 x - π 1 4 ( 6 ( 2x +4 ) 2 ) 2 x

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

= π 1 4 ( ( 6 x 2 ) 2 - ( 6 ( 2x +4 ) 2 ) 2 ) x

= π 1 4 ( 36 x 4 - 36 ( 2x +4 ) 4 ) x

= π 1 4 ( - 36 ( 2x +4 ) 4 + 36 x 4 ) x
= π 1 4 ( -36 ( 2x +4 ) -4 +36 x -4 ) x

= π [ 6 ( 2x +4 ) -3 -12 x -3 ] 1 4

= π [ 6 ( 2x +4 ) 3 - 12 x 3 ] 1 4

= π · ( 6 ( 24 +4 ) 3 - 12 4 3 - ( 6 ( 21 +4 ) 3 - 12 1 3 ) )

= π · ( 6 ( 8 +4 ) 3 -12( 1 64 ) - ( 6 ( 2 +4 ) 3 -121 ) )

= π · ( 6 12 3 - 3 16 - ( 6 6 3 -12 ) )

= π · ( 6( 1 1728 ) - 3 16 - ( 6( 1 216 ) -12 ) )

= π · ( 1 288 - 3 16 - ( 1 36 -12 ) )

= π · ( 1 288 - 54 288 - ( 1 36 - 432 36 ) )

= π · ( - 53 288 -1 · ( - 431 36 ) )

= π · ( - 53 288 + 431 36 )

= π · 3395 288

= 3395 288 π


≈ 37,034

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 2x +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.

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

= π 0 3 ( 2x ) 2 x
= π 0 3 4 x 2 x

= π [ 4 3 x 3 ] 0 3

= π · ( 4 3 3 3 - 4 3 0 3 )

= π · ( 4 3 27 - 4 3 0 )

= π · ( 36 +0 )

= π · 36

= 36π


≈ 113,097