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Aufgabe: Berechnen Sie das Volumen des Körpers,welcher von folgenden Flächen eingeschlossen wird:

x=0,x=1,y=0,y=1,z=0,z=x -y


Problem/Ansatz: Da die Funktion ja negative Werte annimmt,kann man die Integralgrenzen ja nicht direkt übernehmen,sondern mus zuerst herausfinden,wo die Funktion negativ bzw. positiv ist.Da die Funktion stetig ist reicht es ja,wenn ich die Nullstllen bestimme,welche bei x2 = y liegen.Mir ist jetzt aber nicht klar,wie ich mit dieser Erkenntnis erkennen kann,wo die Funktion negativ/positiv ist.

Vielen Dank im Voraus.

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Du meinst

z = x^2 - y ≤ 0 --> y ≥ x^2

Also würde ich das so notieren

∫ (0 bis 1) (∫ (x^2 bis 1) (x^2 - y) dy) dx = - 4/15

Das Volumen sollte daher 4/15 betragen.

Wenn ich das recht überlege, gibt es sogar zwei Volumen. Einmal für z < 0 was ich berechnet habe aber auch eines für z > 0.

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Aloha :)

Es ist klar, dass \(x\in[0;1]\) und \(y\in[0;1]\) stets nicht-negativ sind. Bei der \(z\)-Komponenten lauten die Grenzen \(0\) und \((x^2-y)\), sodass wir eine Fallunterscheidung brauchen:$$x^2\ge y\implies x^2-y\ge0\implies z\in[0;x^2-y]$$$$x^2<y\implies x^2-y<0\implies z\in[x^2-y;0]$$

Damit zerfällt das Volumen in einen Bereich oberhalb und einen unterhalb der \(xy\)-Ebene:$$x\in[0;1]\quad;\quad y\in[0;x^2]\quad;\quad z\in[0;x^2-y]$$$$x\in[0;1]\quad;\quad y\in[x^2;1]\quad;\quad z\in[x^2-y;0]$$

Das Volumen der beschriebenen Punktmenge beträgt daher:

$$V=\int\limits_{x=0}^1\;\int\limits_{y=0}^{x^2}\int\limits_{z=0}^{x^2-y}dx\,dy\,dz+\int\limits_{x=0}^1\;\;\int\limits_{y=x^2}^{1}\;\;\int\limits_{x^2-y}^0dx\,dy\,dz$$$$\phantom{V}=\int\limits_{x=0}^1\;\int\limits_{y=0}^{x^2}(x^2-y)\,dx\,dy+\int\limits_{x=0}^1\;\;\int\limits_{y=x^2}^{1}-(x^2-y)\,dx\,dy$$$$\phantom{V}=\int\limits_{x=0}^1\left[x^2y-\frac{y^2}{2}\right]_{y=0}^{x^2}dx+\int\limits_{x=0}^1\left[-x^2y+\frac{y^2}{2}\right]_{y=x^2}^1dx$$$$\phantom{V}=\int\limits_{x=0}^1\frac{x^4}{2}\,dx+\int\limits_{x=0}^1\left(\frac{x^4}{2}-x^2+\frac12\right)dx$$$$\phantom{V}=\int\limits_{x=0}^1\left(x^4-x^2+\frac12\right)dx=\left[\frac{x^5}{5}-\frac{x^3}{3}+\frac x2\right]_{x=0}^1=\frac{11}{30}$$

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