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Liebe Community, ich habe ein Problem mit folgender Aufgabe:


Bestimmen Sie die Oberfläche und Volumen, des Trichters, der entsteht, wenn die Hyperbel $$\frac{1}{x}$$ um die x-Achse rotiert, im Intervall [1, ∞[

Letzteres war kein Problem, mein Ergebnis ist π

Das Problem ist die Oberfläche, ich finde nämlich keine Lösung für das entstehende Integral, hier mein Lösungsansatz:

$$A\quad =\quad 2\pi \quad \ast \quad \underset { c\rightarrow \infty  }{ lim } \quad \int _{ 1 }^{ c }{ \frac { 1 }{ x }  } \ast \sqrt { 1\quad +\quad { (-\frac { 1 }{ x } ) }^{ 2 } } dx\quad =\\ \quad \quad \quad \quad \quad$$


Natürlich habe ich versucht umzustellen und kam auf folgende Gleichungen:

$$A\quad =\quad 2\pi \quad \ast \quad \underset { c\rightarrow \infty  }{ lim } \quad \int _{ 1 }^{ c }{ \frac { \sqrt { { x }^{ 4 }\quad +\quad 1 }  }{ { x }^{ 3 } }  } dx\quad =\\ \quad \quad \quad \quad \quad $$

oder:

$$A\quad =\quad 2\pi \quad \ast \quad \underset { c\rightarrow \infty  }{ lim } \quad \int _{ 1 }^{ c }{ \frac { 1 }{ x } \sqrt { 1\quad +\quad \frac { 1 }{ { x }^{ 4 } }  }  } dx\quad =\\ \quad \quad \quad \quad \quad $$


Egal wie, es kommen immer unmögliche Integrale heraus, die ich in keiner Tabelle finden kann.

Ich habe spaßeshalber mal die Funktionen in den Integralrechner von Matheguru eingeben und da kam etwas heraus, dass wir sicherlich nicht berechnen sollen/können. Kann jemand Abhilfe leisten, sieht etwas, was ich nicht sehe, oder ist die Aufgabe einfach schlecht gewählt, wäre nämlich nicht das erste mal.

Avatar von

Auch Wolframalpha kommt auf keine algebraische Lösung. Was man machen könnte ist die Oberfläche also nach Simpson vielleicht zu nähern.

Also das 3. von dir angegebene Integral ist richtig. (beim ersten hattest du die Ableitung falsch,

das musst ja  (-1/x^2 )^2 heißen.

Dann kann man ja den Integranden auch schreiben als  x^{-3}*wurzel(x^4+1)

Ich hab dann mal partielle Integration versucht nach der

Formel  Int über  u * v ' gibt  u*v  - Int über u ' * v

mit u= wurzel(x^4+1)    und  v= x^{-3} dann gibt die part. Int

-1/2*x^{-2} * wurzel(x^4+1)  - integral von x*(x^4+1)^{-1/2}

Das letzte Integral gibt mir mein Rechner mit ln( wurzel(x^4+1) + 2) / 2 an

und wenn man das ableitet kommts auch richtig raus.

Das erste Integral ist ein Tippfehler, hab die zweierpotenz beim x vergessen einzugeben. Das zweite stimmt aber auch, wenn ich beim matheguru die integranden eingebe, kommt immer das gleiche ergebnis, kannst du ja mal selbst probieren.

Partiell integrieren funktioniert nicht: Das sähe, nach deiner Beschreibung so aus:

$$\int { \sqrt { { x }^{ 4 }+1 } \ast (-3)x^{ -4 } } dx=\sqrt { { x }^{ 4 }+1 } x^{ -3 }-\int { \frac { 2{ x }^{ -2 } }{ \sqrt { { x }^{ 4 }+1 }  }  }  $$

Naja, irgendwie unbefriedigend, diese Aufgabe :-)

2 Antworten

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Ich weiß zwar nicht ob ich mit meinen Überlegungen richtig liege

f = 1 / x

A = Fläche an der Stelle x = f^2 * π
A ( x ) = 1 / x^2 * π
Stammfunktion
V ( x ) = ∫ A ( x ) dx
V ( x ) = ∫ 1 / x^2 * π dx
V ( x ) = - 1 / x * π
zwischen 1 .. ∞   = π

U = Umfang an der Stelle x = 2 * f * π
U ( x ) = 1 / x * 2 * π
Stammfunktion
O ( x ) = ∫ U ( x ) dx
O ( x ) = ∫  2 * π * 1 / x dx
O ( x ) = 2 * π * ln ( x )
zwischen 1 .. ∞ = ∞

Ist bei mir ein Fehler ? Wo ?
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In der Formelsammlung, als auch in der Vorlesung steht folgende Formel für die Oberfläche:
$$A\quad =\quad 2\pi \quad *\quad \int _{ a }^{ b }{ f\left( x \right) \ast \sqrt { 1\quad +\quad { (\frac { df\left( x \right)  }{ dx }  })^{ 2 } } \quad dx } $$

Die habe ich genutzt und ich erhalte das o.g. für mich unlösbare Integral.
Du hast bei deiner Formel den kompletten Term mit der Wurzel weggelassen, was meines Wissens nicht richtig ist. :-(

Das ist die Formel unter Einbeziehung der Bogenlänge einer Kurve.
Muß ich mir noch einmal anschauen.

Für mich ergab sich folgende Frage :
Ich habe einen Würfel mit 1 m Kantenlänge.
Dieser wird in der Höhe halbiert und wieder halbiert usw.
Es entsteht eine Treppe.
Die Länge der Treppe geht nach unendlich.
Die Oberfläche der Treppe wächst bei jeder Teilung
um mindesten ( Grundfläche + obere Fläche ).
Die Oberfläche geht auch gegen unendlich.

Das Volumen bleibt bei 1.
V = 1
O = ∞

Solche Körper gibt es also.

Ich schaue nocheinmal wegen der Bogenlänge nach.

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Die drittletzte (bzw. erste) Version deines Integrals könnte so gehen:

Du machst die Substitution u(x) = 1+1/x^2   (also den Inhalt der Wurzel)

dann ist  u ' (x) = -1/x also im Wesentlichen das, was vor der Wurzel steht.

Das müsste doch klappen.

Ne, war Quatsch, habe ableiten und integrieren verwechselt.
Avatar von 288 k 🚀

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