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Eine Firma zur Herstellung von Gläsern verschiedenster Art erwägt, ein neues Modell auf den Markt zu bringen. Ein erster Prototyp des Glases soll im 3D-Drucker gedruckt werden, wobei es durch die Funktion f(x,y) = 5,20 * (x^2 + y^2) + 5 modelliert werden soll. Die Variablen x und y werden dabei in Zentimetern verwendet. Der Kelchradius soll oben 3 Zentimeter betragen. Geben Sie das (maximale) Fassungsvermögen des Glases an: (Runden Sie Ihre Ergebnisse bei der Eingabe auf zwei Nachkommastellen.)

Wie viel Milliliter kann das Glas fassen?


Antwort:

V = 2 * ∬[x^2+y^2 <= 3^2] f(x,y) dA

In Polarkoordinaten ist das Integral:

V = 2 * ∫[0,2π] ∫[0,3] (5.20 * r^2 + 5) r dr dθ

= 2 * ∫[0,2π] [(5.20/3) * r^4/4 + (5/2) * r^2] [0,3] dθ

= 2 * [(5.20/3) * (3^5/20) + (5/2) * (3^3/3)]

= 78,915


78,92 ml soll aber falsch sein. Was ist also der Fehler?

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Bist du sicher, dass der Kelch einen halben Meter hoch ist?$$z=f(x;y)=5+5,2\cdot(x^2+y^2)=5+5,2\cdot r^2\le 5+5,2\cdot9=51,8$$

Der Kelch ist 0,30 m. Also knapp nen halben Meter.

51,8 ml ist aber leider nicht richtig :/

Nee, die 51,8 cm sind nicht das Volumen, sondern das ist die Höhe des Kelches...

Daher vermute ich einen Bug in der Aufgabenstellung

2 Antworten

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Aloha :)

Mal abgesehen davon, dass die Höhe des Kelches mit etwa einem halben Meter völlig unrealistisch ist, rechne ich die Aufgabe einfach mal stur durch...

Das Volumen des Kelches wird beschrieben durch:$$x^2+y^2\le3^2\quad;\quad z\in[5\,\big|\,5+5,2(x^2+y^2)]$$Die \(z\)-Koordinate hat den Offset \(5\), vermutlich wegen eines Griffs für den Kelch.

Wegen der Symmetrie des Kelches wählen wir zur Berechnung Zylinderkoordinaten, sodass:$$\vec r=\begin{pmatrix}r\cos\varphi\\r\sin\varphi\\z\end{pmatrix}\quad;\quad r\in[0;3]\quad;\quad\varphi\in[0;2\pi]\quad;\quad z\in[5\big|5+5,2\,r^2]$$

Das Volumenelement in Zylinderkoordinaten lautet \(dV=r\,dr\,d\varphi\,dz\), sodass$$V=\int\limits_{r=0}^3\;\int\limits_{\varphi=0}^{2\pi}\int\limits_{z=5}^{5+5,2r^2}r\,dr\,d\varphi\,dz=\int\limits_{\varphi=0}^{2\pi}d\varphi\int\limits_{r=0}^3r\cdot\left(\int\limits_{z=5}^{5+5,2r^2}dz\right)dr=2\pi\int\limits_{r=0}^3r\cdot5,2r^2\,dr$$$$\phantom V=2\pi\left[\frac{\frac{26}{5}}{4}r^4\right]_{r=0}^3=\frac{1053}{5}\,\pi\approx661,62\,\mathrm{cm}^3=661,62\,\mathrm{m}\ell$$

Avatar von 152 k 🚀

Ok, dass sture Rechnen hat wohl das richtige Ergebnis ausgespuckt ;)
Und leider sind die Aufgaben in Mathe nicht immer realitätsnah.

Vielen Dank!

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Es ist

        \(\begin{aligned} & 5\text{,}20\cdot(x^{2}+y^{2})+5\\ =\ & 5\text{,}20\cdot(\left(r\cos\theta\right)^{2}+\left(r\sin\theta\right)^{2})+5\text{.} \end{aligned}\)

Außerdem ist der Inhalt des Glasses eher nicht unterhalb des Funktiongraphen, sondern oberhalb.

Avatar von 107 k 🚀

Wieso oberhalb?

Schau dir den Funktionsgraphen an.

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