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Mantelfläche Zylinder

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Tags: Mantelfläche, Oberflächenintegral

 
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Matthews

Matthews aktiv_icon

23:04 Uhr, 16.06.2015

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Hallo,
es ist die Mantelfläche eines Zylinders als Oberflächenintegral zu bestimmen.
Leider weis ich nicht, wie ich den Umfang meiner Bodenfläche, die in der z-y Ebene liegt, bestimmen kann. Habt ihr eine Idee?

Vielen Dank für eure Hilfe!

(Zur Aufgabe: "Mantelfläche" (unten)anklicken)

Mantelfläche

Für alle, die mir helfen möchten (automatisch von OnlineMathe generiert):
"Ich möchte die Lösung in Zusammenarbeit mit anderen erstellen."
Hierzu passend bei OnlineMathe:
Zylinder (Mathematischer Grundbegriff)

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Antwort
peepee

peepee aktiv_icon

09:13 Uhr, 17.06.2015

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Ist zwar ne Weile her, aber fangen wir mal an:

Fangen wir mit dem Fall an, dass wir nicht das Integral, was gegeben ist, sondern ersteinmal die Mantelfläche eines Gesamtzylinders der Länge l mit dem Radius R bestimmen wollen.
Ich lege ein Koordinatensystem so in den Zylinder, dass die x die Längsachse ist und bei x=0 die Mitte des Zylinders ist.
Damit kann ich die Mantelfläche des Zylinders beschreiben durch:

s(x,φ)=[xRcosφRsinφ]

Was wir machen wollen ist infinitesimale Oberflächenelemente dO "aufaddieren". Dazu müssen wir ersteinmal wissen, wie so ein Oberflächenelement aussieht.

Ein Oberflächenelement ist das aufgespannte Parallelogramm von den kleinen Änderungsvektoren in die Koordinatenrichtungen x und φ.

also

dO=dsx×dsφ=sxdx×sφdφ=sx×sφdxdφ

Die Berechnung von dem Ausdruck in den Betragsstrichen ergibt einfach R, ist einfach nachzuvollziehen.

Nun fangen wir an zu integrieren/aufzuaddieren

M=dO=Rdxdφ

Die Grenzen von φ sind wie immer bei rotationsteilen 0 und 2π und so wie ich den Zylinder gelegt habe geht x von -0.5l bis 0.5l und herauskommt das bekannte

M=2πrl.

WIe hilft das nun für deine Aufgabe? nunja, bei dir läuft x nicht zwischen zwei Konstanten sondern zwischen -2 und z+1. Die Deckfläche Oben wird genau so behandelt. Finde eine Parametrierung, bilde die Ableitung, setze die Grenzen richtig ein. Das ganze wird noch ein wenig im Rechenaufwand erhöht, da das Ganze mit z gewichtet ist. Wird aber von der Überlegung her nicht anders, nur mehr zu rechnen.

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