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

Lösung einblenden
V = π 0 1 ( 3 x +4 ) 2 x
= π 0 1 9 ( x +4 ) 2 x
= π 0 1 9 ( x +4 ) -2 x

= π [ -9 ( x +4 ) -1 ] 0 1

= π [ - 9 x +4 ] 0 1

= π · ( - 9 1 +4 + 9 0 +4 )

= π · ( - 9 5 + 9 4 )

= π · ( -9( 1 5 ) +9( 1 4 ) )

= π · ( - 9 5 + 9 4 )

= π · ( - 36 20 + 45 20 )

= π · 9 20

= 9 20 π


≈ 1,414

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

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

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

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

= π 1 4 ( 9 x 2 - 9 ( 2x +3 ) 2 ) x

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

= π [ 9 2 ( 2x +3 ) -1 -9 x -1 ] 1 4

= π [ 9 2( 2x +3 ) - 9 x ] 1 4

= π · ( 9 2( 24 +3 ) - 9 4 - ( 9 2( 21 +3 ) - 9 1 ) )

= π · ( 9 2( 8 +3 ) -9( 1 4 ) - ( 9 2( 2 +3 ) -91 ) )

= π · ( 9 2 11 - 9 4 - ( 9 2 5 -9 ) )

= π · ( 9 2 ( 1 11 ) - 9 4 - ( 9 2 ( 1 5 ) -9 ) )

= π · ( 9 22 - 9 4 - ( 9 10 -9 ) )

= π · ( 18 44 - 99 44 - ( 9 10 - 90 10 ) )

= π · ( - 81 44 -1 · ( - 81 10 ) )

= π · ( - 81 44 + 81 10 )

= π · 1377 220

= 1377 220 π


≈ 19,664

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 2 e 0,2x 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.

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 = 2 (linkes Schaubild) ist die gleiche Fläche wie die zwischen der Differenzfunktion f(x)-2 = 2 e 0,2x -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 0,2x -2 ) 2 x

= π 0 3 ( 4 e 0,4x -8 e 0,2x +4 ) x

= π [ 10 e 0,4x -40 e 0,2x +4x ] 0 3

= π · ( 10 e 0,43 -40 e 0,23 +43 - ( 10 e 0,40 -40 e 0,20 +40 ) )

= π · ( 10 e 1,2 -40 e 0,6 +12 - ( 10 e 0 -40 e 0 +0) )

= π · ( 10 e 1,2 -40 e 0,6 +12 - ( 10 -40 +0) )

= π · ( 10 e 1,2 -40 e 0,6 +12 -1 · ( -30 ) )

= π · ( 10 e 1,2 -40 e 0,6 +12 +30 )

= π · ( 10 e 1,2 -40 e 0,6 +42 )


≈ 7,277