3.Volumenberechnungen von Rotationskoerpern mit Hilfe von Integralen
· Ermittlung der Umkehrfunktion
:

Anmerkung:Ist eine Funktion
in der angegebenen Definitionsmenge
streng monoton (also nur steigend oder nur fallend), kommt man auf die Wertemenge
, indem man die Randpunkte der Definitionsmenge
in die Funktionsgleichung
einsetzt.
In diesem Beispiel ist die Definitionsmenge laut Angabe
. Die Randpunkte liegen somit bei x = 0 und x = 2,5. Diese beiden Zahlen müssen wir daher in
einsetzen:


Somit ergibt sich die Wertemenge
. Wir benötigen die Wertemenge
, da sich daraus die Definitionsmenge der Umkehrfunktion
und somit die Integrationsgrenzen a = 0 und b = 10 ergeben.
Jetzt bilden wir die Umkehrfunktion. Statt
schreiben wir als erstes y:


Nun vertauschen wir x und y gegeneinander;ab dann liegt schon
vor:

Dies ist bereits die Umkehrfunktion
. Sie ist aber noch nicht nach y aufgelöst;wir brauchen
jedoch in der nach y aufgelösten Form. Deshalb stellen wir im nächsten Schritt nach y um:



In unserem Fall gilt das Pluszeichen. Das erkennt man an der Wertemenge
der Umkehrfunktion, die bekanntlich der Definitionsmenge
der Funktion selbst entspricht. Somit gilt hier: 
Bei der Umkehrfunktion dürfen also keine negativen Werte herauskommen, sondern nur Zahlen von 0 bis 2,5. Dies ist der Grund, warum das Minuszeichen vor der Wurzel wegfällt.
Die gesuchte Umkehrfunktion lautet daher:

Oder anders geschrieben:

· Berechnung des Volumens mit der Formel:

Die Integrationsgrenzen ergeben sich aus der Definitionsmenge der Umkehrfunktion
bzw. der Wertemenge
der Funktion
. Wegen
müssen wir von a = 0 bis b = 10 integrieren.
Mit a = 0 und b = 10 sowie
ergibt sich:

Damit du dir die Zusammenhänge besser vorstellen kannst, fertigen wir eine Skizze an, die den Graph der Funktion
mit x
[0;2,5] und den Graph der zugehörigen Umkehrfunktion
zeigt. Der Graph
rotiert um die y-Achse;der Graph
der Umkehrfunktion rotiert dagegen um die x-Achse. Betrachte dazu die folgende Abbildung!

Abb.:Zur Berechnung des Volumens des Sektkelches mit Hilfe der Umkehrfunktion:Durch die Rotation des Graphen
der Umkehrfunktion
mit x
[0;10] um die x-Achse entsteht ein Rotationskörper, der das gleiche Volumen hat wie der Rotationskörper, der durch die Rotation des Graphen
der Funktion
mit x
[0;2,5] um die y-Achse entsteht.
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Nun müssen wir nur noch das Integral ausrechnen.

Integration nach dx liefert:
