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Aufgabe:

Volumenintegral eines Zylinders berechnen


Problem/Ansatz:

Ich habe hier eine Aufgabe:

Berechnen Sie das Volumen eines Zylinders mit dem Radius r und der Höhe h durch Dreifachintegration Legen Sie das Zentrum jeweils in Koordinatenursprung um die Berechnung zu vereinfachen.

Es gilt weiterhin \(\int\limits_{0}^{r} \sqrt{r^2 - x^2} \, dx = \frac{\pi \cdot r^2}{4}\)


Ich bin ein bisschen überfordert wie ich anfangen soll, bzw. inwiefern ich es mit dem dreifachintegral lösen soll. Ich habe es versucht zu berechnen aber ich habe irgendwie Probleme damit die Integrale korrekt einzuordnen. Mit anderen Worten, ich habe große Probleme damit diese Aufgabe zu berechnen.

Kann wer helfen?

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Aloha :)

Wir stellen den Boden des Zylinders auf die xy-Ebene. Der Mittelpunkt des Grundkreises liege im Urpsrung des Koordinatensystems. Die z-Koordinate tastet dann die Höhe des Zylinders ab und die x- und y-Koordinaten das Innere und den Rand der Kreisflächen auf der jeweiligen Höhe. Das heißt formal:$$x^2+y^2\le r^2\quad\land\quad 0\le z\le h$$

Die Integrationsgrenzen für \(z\) sind damit klar. Bei den Grenzen Integrationsgrenzen für \(x\) und \(y\) überelgen wir uns, dass wir zuerst \(x\in[-r;r]\) frei wählen können. Haben wir \(x\) gewählt, müssen wir bei der Wahl von \(y\) die Forderung \(y^2\le r^2-x^2\) einhalten, um die Kreisfläche nicht zu verlassen. Wir können daher nur noch \(y\in[-\sqrt{r^2-x^2};\sqrt{r^2-x^2}]\) frei wählen.

Das führt uns auf das folgende Integral für das Volumen des Zylinders:$$V=\int\limits_{z=0}^h\;\;\int\limits_{x=-r}^r\;\;\int\limits_{y=-\sqrt{r^2-x^2}}^{\sqrt{r^2-x^2}}dx\,dy\,dz=\int\limits_{z=0}^hdz\int\limits_{x=-r}^r\left(\;\;\int\limits_{y=-\sqrt{r^2-x^2}}^{\sqrt{r^2-x^2}}dy\right)dx$$

Die Integration nach \(dy\) müssen wir vor der Integration nach \(dx\) durchführen, weil die Variable \(x\) in den Grenzen des \(y\)-Intervalls noch enthalten ist.$$V=[z]_{z=0}^h\cdot\int\limits_{x=-r}^r\left(\left[y\right]_{y=-\sqrt{r^2-x^2}}^{\sqrt{r^2-x^2}}\right)dx=h\int\limits_{x=-r}^r2\sqrt{r^2-x^2}\,dx=2h\int\limits_{x=-r}^r\sqrt{r^2-x^2}\,dx$$$$\phantom{V}=2h\int\limits_{x=\pink0}^r\left(\sqrt{r^2-x^2}+\pink{\sqrt{r^2-(-x)^2}}\right)\,dx=4h\int\limits_{x=0}\sqrt{r^2-x^2}\,dx=4h\cdot\frac{\pi r^2}{4}$$$$\phantom V=\pi r^2h$$

Avatar von 152 k 🚀

WOAH! vielen Dank für die Antwort <3

Ich bin wohl extrem falsch voran gegangen XD aber ich glaube ich habe es etwas besser verstanden. Danke!

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Hallo

Da Zylinder  liegen Zylinderkoordinaten nahe, dann läuft r von 0 bis r, φ von 0 bis 2pi und z von 0 bis h

Avatar von 108 k 🚀

Der Tipp deutet darauf hin, dass keine Zylinderkoordinaten verwendet werden sollen.

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