Aufgabenbeispiele von Rotationskörper

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Rotationskörper

Beispiel:

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

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

= π [ -2 ( 2x +2 ) -1 ] 0 3

= π [ - 2 2x +2 ] 0 3

= π · ( - 2 23 +2 + 2 20 +2 )

= π · ( - 2 6 +2 + 2 0 +2 )

= π · ( - 2 8 + 2 2 )

= π · ( -2( 1 8 ) +2( 1 2 ) )

= π · ( - 1 4 +1 )

= π · ( - 1 4 + 4 4 )

= π · 3 4

= 3 4 π


≈ 2,356

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 15 x 2 und g(x)= 15 ( 2x +3 ) 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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Der so entstandene Rotationskörper kann man sich vorstellen als Rotatationskörper, der durch Rotation der Fläche unter dem Graph von f entsteht, und aus dem der Rotationskörper, der durch Rotations der Fläche unter dem Graph von g entsteht, herausgefräst wird. Dadurch ergibt sich für solch einen Rotationskörper die Formel:

V = π 1 2 ( 15 x 2 ) 2 x - π 1 2 ( 15 ( 2x +3 ) 2 ) 2 x

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

= π 1 2 ( ( 15 x 2 ) 2 - ( 15 ( 2x +3 ) 2 ) 2 ) x

= π 1 2 ( 225 x 4 - 225 ( 2x +3 ) 4 ) x

= π 1 2 ( - 225 ( 2x +3 ) 4 + 225 x 4 ) x
= π 1 2 ( -225 ( 2x +3 ) -4 +225 x -4 ) x

= π [ 75 2 ( 2x +3 ) -3 -75 x -3 ] 1 2

= π [ 75 2 ( 2x +3 ) 3 - 75 x 3 ] 1 2

= π · ( 75 2 ( 22 +3 ) 3 - 75 2 3 - ( 75 2 ( 21 +3 ) 3 - 75 1 3 ) )

= π · ( 75 2 ( 4 +3 ) 3 -75( 1 8 ) - ( 75 2 ( 2 +3 ) 3 -751 ) )

= π · ( 75 2 7 3 - 75 8 - ( 75 2 5 3 -75 ) )

= π · ( 75 2 ( 1 343 ) - 75 8 - ( 75 2 ( 1 125 ) -75 ) )

= π · ( 75 686 - 75 8 - ( 3 10 -75 ) )

= π · ( 300 2744 - 25725 2744 - ( 3 10 - 750 10 ) )

= π · ( - 25425 2744 -1 · ( - 747 10 ) )

= π · ( - 25425 2744 + 747 10 )

= π · 897759 13720

= 897759 13720 π


≈ 205,568

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 2x +2 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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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 +2 -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 +2 -1 ) 2 x

= π 0 3 ( 2x +1 ) 2 x

= π [ 1 6 ( 2x +1 ) 3 ] 0 3

= π · ( 1 6 ( 23 +1 ) 3 - 1 6 ( 20 +1 ) 3 )

= π · ( 1 6 ( 6 +1 ) 3 - 1 6 ( 0 +1 ) 3 )

= π · ( 1 6 7 3 - 1 6 1 3 )

= π · ( 1 6 343 - 1 6 1 )

= π · ( 343 6 - 1 6 )

= π · 57

= 57π


≈ 179,071