Google ClassroomGoogle Classroom
GeoGebraGeoGebra Classroom

Berechnung von Rotationsvolumen

Rotation eines Funktionsgraphen - Rechtecknäherung

Und einmal mehr: die Rieman Streifen. Unten sehen Sie ein Bild unserer aus der Einführunf in die Integraechnung wohlbekannten Funktion. Die Fläche unter der Kurve ust durch Rechteckflächen angenähert. Stellen Sie sich nun vor dieser Funktionsgrapph würde um die x-Achse rotieren: a) Wie würden Sie den entstehenden Körper beschreiben? b) Welche Art Körper entsteht aus den Rechteckflächen? c) Geben Sie die Formel für die Grundfläche des aus den Rechteckflächen entstehenden Körpers an d) Geben Sie die Formel für das Volumen des aus den Rechteckflächen entstehenden Körpers an

Image

Der letzte kleine Schritt zur Volumenberenchnung

An Stelle der Streifen werden nun also Zylinderscheiben aufsummiert, d. h. integriert. Man sieht hier nochmals schön, dass es sich bei der Bildung eines Integrals um eine Summenfunktion handelt (fern ab von "aufleiten" und ähnlichen Banalisierungen) DFamit sind wir schon fast am Ziel: So wie bei einer Fläche die Rechtechstreifen f(x)dx aufsummiert wurden, weren jetzt die Zylinderscheiben aufsummiert. Dann macht man noch den Grenzübergang und die Summe geht in ein Integral über: Damit steht die Methode zur Berechnung von Rotationsvolumina: mal das Integral über das Quadrat der Funktion und die Sache ist geritzt!

Einfluß des Verlaufs Oberhalb bzw. Unterhalb der x- Achse

Welche Auswirkungen auf das Volumen des entstehenden Rotationskörpers hat es, wenn die Funktion oberhalb oder wenn die Funktion unterhalb der x-Achse verläuft

Differenzen von Funktionen: Hohlräume in Körpern

Nun kann man auch Differenzkörper herstellen. In der Praxis geschieht das sehr oft: Beispielsweise bei der Herstellung von Drehteilen bei der Metallbearbeitung (z.B.: die Lagerschale eines Kugellagers). Nehmen Sie die beiden Funktionen f und g in der Abbildung unten als Beispiel. a) Beschreiben Sie den Rotationskörper, der im Intervall [2|6] entsteht. Haben Sie vielleicht ein Praxisbesipiel für solche Formen? b) Wie muß man vorgehen, wenn das Volumen eines solchen Drehkörpers bestimmt werden soll? c) Kann dies in der gleichen Weise geschehen, wie bei Schnittflächen von Funktionen?

Das Ergebnis: Rotationskörper konkret

Im Applet unten können Sie beliebige Funktionen eingeben, die Rotationsvolumina durch Zylinder annähern, die Integratoinsgrenzen und sich die sich ergebenden Körper in 3d anschauen. Als Beispiel ist die Funktion f(x)=sin(x) eingegeben. Sie liegt in der x-y Ebene, die hier in etwas ungewohnter Darstellung horizontal liegt. Lassen Sie sich einfach ein paar Funktionen einfallen und betrachten Sie das Ergebnis. Sie können sich auch den Rotationskörper einblenden lassen, links wird dann das Volumen angezeigt. Damit lassen sich auch Übungsaufgaben kontrollieren

Weitergehende Aktivitäten

Wer Lust hat, kann sich das Buch zu "augmented reality" mit GeoGebra anschuen: Augmented Reality mit GeoGebra