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ich würde gerne hieraus den Flächeninhalt/Volumen mit Integralen (zweidimensional und dreidimensional [bei Rotation]) bestimmen, aber wie komme ich zu einer vernünftigen Gleichung?

(Bisher war immer eine fertige Gleichung (zwei Parabeln etc) gegeben)


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Für das Doppelintegral gibt es zwei Möglichkeiten: Entweder du schreibst das Integral abhängig von \(x\) und schreibst die Grenzen von \(y\) als Funktionen von \(x\), oder umgekehrt. In diesem Fall ist es viel leichter, die Grenzen in Abhängigkeit von \(y\) zu schreiben (denke dir dazu das ganze Diagramm gespiegelt an der ersten Winkelhalbierenden, der Geraden \(y=x\)). Dann ist:

$$A=\int_0^1\int_{-y-1}^{y+1}1\text dx\text dy=\int_0^1y+1-(-y-1)\text dy=\int_0^12y+2\text dy=1^2+2-0=3.$$

Wir integrieren quasi "von unten nach oben" statt "von links nach rechts" wie üblich.

Da die Rotation um die \(x\)-Achse bereits beantwortet wurde, beantworte ich jetzt mal die Rotation um die \(y\)-Achse, falls das die Frage war.

In diesem Fall haben wir als Volumen das Volumen eines Kegelschnittes, also großer Kegel - kleiner Kegel:
$$V=r_1^2\cdot h_1\cdot\frac\pi3-r_2^2\cdot h_2\cdot\frac\pi3=(r_1^2\cdot h_1-r_2^2\cdot h_2)\cdot\frac\pi3=(2^2\cdot2-1^2\cdot1)\frac\pi3=\frac{7}{3}\pi$$

Ähnlich wie bei der Fläche und mithilfe der Kreisgleichung \(x^2+z^2=r^2=(y+1)^2\) \(\Leftrightarrow z=\pm\sqrt{(y+1)^2-x^2}\) erhalten wir:

$$V=\int_0^1\int_{-y-1}^{y+1}\int_{-\sqrt{(y+1)^2-x^2}}^{\sqrt{(y+1)^2-x^2}}1\text dz\text dx\text dy=\int_0^1\int_{-y-1}^{y+1}2\sqrt{(y+1)^2-x^2}\text dx\text dy=\left[x=(y+1)\sin(\phi),\text dx=(y+1)\cos(\phi)\text d\phi\right]={\int_0^1\int_{-\pi/2}^{\pi/2}2(y+1){\cos(\phi)}\sqrt{(y+1)^2-(y+1)^2\sin(\phi)^2} \text d\phi\text dy}={\int_0^1\int_{-\pi/2}^{\pi/2}2(y+1)^2\sqrt{1-\sin(\phi)^2}{\cos(\phi)} \text d\phi\text dy}=[\sin(x)^2+\cos(x)^2=1]={\int_{-\pi/2}^{\pi/2}2|\cos(\phi)|{\cos(\phi)}\int_0^1(y+1)^2 \text dy\text d\phi}={\int_{-\pi/2}^{\pi/2}2|\cos(\phi)|{\cos(\phi)}\frac{(1+1)^3-(0+1)^3}3\text d\phi}={\int_{-\pi/2}^{\pi/2}2|\cos(\phi)|{\cos(\phi)}\frac73\text d\phi}=\left[\forall \phi\in\left[-\frac\pi2,\frac\pi2\right]\colon\cos(\phi)\geq0\right]=\frac73{\int_{-\pi/2}^{\pi/2}2\cos(\phi)^2\text d\phi}=[2\cos(\phi)^2=\cos(2\phi)+1]=\frac73{\int_{-\pi/2}^{\pi/2}\cos(2\phi)+1\text d\phi}=\frac73\int_{-\pi/2}^{\pi/2}\cos(2\phi)\text d\phi+\frac 73\int_{-\pi/2}^{\pi/2}1\text d\phi=\frac73\left(\frac{\sin(\pi)-\sin(-\pi)}2\right)+\frac73\left(\frac\pi2-\left(-\frac\pi2\right)\right)=0+\frac73\pi=\frac73\pi.$$

Avatar von 1,0 k

Werde das morgen mal Stück für Stück durcharbeiten. :)

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Flächeninhalt und Vol. besser elementar: 
etwa so

Fläche:

A =  Rechteck  -  2 Dreiecke

= 4*1   - 2 *  ( 1*1/2) 

= 4 - 1  = 3  

Rotation um x- Achse :

aus dem Rechteck wird ein Zylinder mit Volumen

V = r2 * h * pi  =    1 * 4 * pi  =   4 pi .

Die Dreiecke werden zu Kegeln mit

je   V =   1/3  *   r2 * h * pi    =   1/3 *  1 * 1 * pi  =   pi/3

Also V ges =  4pi - (2/3)pi   =   10pi /3
Avatar von 289 k 🚀

Vielen Dank für die schnelle Antwort!

Es geht daraum, dass wir das mit einen Doppelintegral lösen. :( Bzw. das Volumen dann mit seinen Dreifach Integral, hast du dafür noch einen Ansatz? Ich komme einfach nicht auf die Gleichungen dafür.

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Um welche Achse wird rotiert?

Geradengleichungen aufstellen. Zur Erinnerung y= mx + b, wobei m die Steigung und b der y-Achsenabschnitt der Geraden.

Gleichung der oberen Geraden y = 1.

Gleichung der unteren Geraden y = 0.

Gleichung der steigenden Geraden rechts y = 1*x - 1.

Gleichung der fallenden Geraden links y = -1*x - 1.

Nun zum Integrieren das Integral von 0 bis 1 und das Integral von 1 bis 2 addieren und dann die Symmetrie ausnützen.

EDIT: Habe nun in deinen Tags Doppelintegral und stückweise ergänzt.

Avatar von 162 k 🚀

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