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Aufgabe: Für den entstandenen Rotationskörper wurde in den Grenzen 2<x<4 mit Hilfe der Simpson-Regel (h=1) eine Mantelfläche Mx=20620 FE ermittelt.

Für die um die x-Achse rotierende Funktion $$ y=2x^3-8x+C $$ soll der zugehörige Parameter C berechnet werden. Es soll kein Verbesserungsschritt durchgeführt werden.


Problem/Ansatz:

Die erste Ableitung lautet wie folgt:  $$y=6x^2-8$$

Meine Stützstellen lauten 2, 3 und 4.

Die Formel zur Berechnung der Mantelfläche Mx lautet: $$M_{x}=2{ \cdot \pi}\int \limits_{2}^{4}y*\sqrt{1+y`^2} $$

Nun alles eingesetzt: $$M_{x}=2{ \cdot \pi}\int \limits_{2}^{4}2x^3-8x+C*\sqrt{1+(6x^2+8)^2}$$


Weiter komme ich jetzt nicht mehr. Rechne ich die Werte für die Stützstellen mit dem vollständigen Integral (mit 2*pi) oder mit welchem Teil genau?

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Hat niemand ein Tipp oder Ansatz zu meiner Frage?

2 Antworten

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Hallo du rechnest das Integral Mx mit der Simpsonregel aus

Gruß lul

Avatar von 106 k 🚀

Okay. Danke für deine Antwort. Und welche y-Werte benutze ich dafür?

Also anders gesagt, mit welcher Formel berechne ich die Stützstellen?

Da h=1 sind die Stützstellen :

2|2,5|3 und 3| 3,5 |4 wenn h den Gesamtschritt angibt, wenn h den Abstand der Stützstellen angibt  einfach 2, 3,4

Gruß lul

Habe mich etwas unglücklich ausgedrückt. Die stützstellen sind ja durch die Grenzen vorgegeben. Ich meinte die y-werte der stützstellen 2,3 & 4

Einfach die Funktionswerte  der Gesamtfunktion die im Integral steht, einschließlich dem C

Gruß lul

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Aloha :)

Das Integral für die Oberfläche des Rotationskörpers ist fast richtig. Es fehlt nur eine Klammerung und in der Ableitung taucht ein falsches Vorzeichen auf:$$F=2\pi\int\limits_2^4\underbrace{(2x^3-8x+C)\sqrt{1+(6x^2-8)^2}}_{\eqqcolon f(x)}\,dx$$Das teilen wir in die Schrittweite \(h=1\) auf:$$F=2\pi\left(\,\int\limits_2^3f(x)\,dx+\int\limits_3^4f(x)\,dx\right)$$und berechnen jedes dieser beiden Integrale mit der Simpson-Regel. Das heißt, wir berechnen den Wert des Integranden \(f(x)\) an der linken Intervall-Grenze, in der Mitte des Intervalls und an der rechten Intervall-Grenze. Diese Werte addieren wir dann gewichtet im Verhältnis 1:4:1.$$F=2\pi\left(\frac{f(2)+4\cdot f(2,5)+f(3)}{6}+\frac{f(3)+4\cdot f(3,5)+f(4)}{6}\right)$$$$\phantom F=\frac\pi3\left(f(2)+4\cdot f(2,5)+2\cdot f(3)+4\cdot f(3,5)+f(4)\right)$$Die einzelnen Werte sind$$f(2)=(0+C)\sqrt{257}$$$$4\cdot f(2,5)=4\cdot(11,25+C)\sqrt{871,25}$$$$2\cdot f(3)=2\cdot(30+C)\sqrt{2117}$$$$4\cdot f(3,5)=4\cdot(57,75+C)\sqrt{4291,25}$$$$f(4)=(96+C)\sqrt{7745}$$Damit erhalten wir für die Oberfläche$$F=\frac\pi3\left(576,1569475\cdot C+27669,72328\right)\stackrel!=20620\quad\implies\quad C=-13,8488$$

Bitte die Funktionswerte nochmal nachrechnen, das war etwas fummelig.

Avatar von 148 k 🚀

Hallo, vielen Dank für die ausführliche Erklärung. Könntest du mir erklären wie du auf π/3 vor der Klammer kommst?

Beim Nachrechnen habe ich mit 2π*1/3 gerechnet und erhalte 2/3π. Liege ich Richtig mit der Annahme, dass die Differenz daher kommt, weil du mit der Schrittweite 0,5 statt 1,0 gerechnet hast?

Ich habe die \(6\) aus den Nennern der beiden Brüche vor die Klammer gezogen:$$2\pi\cdot\frac16=\frac\pi3$$

Ich habe mit Schrittweite 1 gerechnet. Dazu habe ich das Integral von 2 bis 4 in ein Integral von 2 bis 3 und ein Integral von 3 bis 4 aufgeteilt. Jedes Integral hat die Schrittweite 1. Jedes diese beiden Integrale wird dann mit der Simpson-Regel$$\frac{f(\text{links})+4\cdot f(\text{mittig})+f(\text{rechts})}{6}$$berechnet.

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