MathProf - Rotationskörper - Drehung um X-Achse - Parameterdarstellung - 3D-Plot

MathProf - Mathematik-Software - 3D-Plotter | Rotationskörper | Mantelfläche | Simulation

Fachthema: Rotationskörper - Rotation um x-Achse

MathProf - Rotierende Körper - Software für Ingenieurmathematik zum Lösen verschiedenster Aufgaben und zur Visualisierung relevanter Sachverhalte mittels Computer-Simulationen, 2D- und 3D-Animationen für die Hochschule und die Wissenschaft. Neben der Durchführung numerischer Berechnungen zum entsprechenden Fachthema, ermöglicht dieses Programm auch die Ausgabe zweidimensonaler und dreidimensionaler Echtzeitdarstellungen sowie die Erstellung mathematischer Bilder.

MathProf - Mathematik für Schule, Studium und Wissenschaft - 3D-Plotter | Rotationskörper | Mantelfläche | Simulation

Online-Hilfe
für das Modul zum Plotten der Graphen von Rotationskörpern, welche durch Funktionsgleichungen der Form x = f(k,p) und y = g(k,p) beschrieben werden und um die x-Achse rotieren.

Dieses Unterprogramm ermöglicht unter anderem die Anwendung der Integralrechnung zur Ermittlung der Mantelfläche des entstehenden Körpers, welcher bei einer derartigen Rotation einer definierten Kurve um die x-Achse entsteht sowie die Berechnung der Bogenlänge derer und dem statischen Moment der Oberfläche des dargestellten Gebildes.

Ein frei bewegbares und drehbares, dreidimensionales sphärisches Koordinatensystem (3D-Koordinatensystem) erlaubt die Durchführung interaktiver grafischer Analysen bzgl. Sachverhalten und relevanter Zusammenhänge zu diesem Fachthema.

Zudem bietet dieses Teilprogramm die Möglichkeit der Ausführung von 3D-Animationen mit mathematischen Gebilden dieser Art und es lässt sich deren Verhalten unter dem Einfluss frei festlegbarer Parameter untersuchen.

Die Ausgabe der Darstellungen erfolgt hierbei mit einer 3D-Echtzeit-Grafik und der hierfür zur Verfügung stehende 3D-Plotter bietet viele Möglichkeiten (Optionen) das Layout dargestellter Gebilde auf individuelle Anforderungen anzupassen.

Des Weiteren kann das Abtasten der Konturen dargestellter Gebilde zur Ermittlung derer Funktionswerte durchgeführt werden. Somit können beim Zeichnen des Graphen einer Funktion dieser Art deren Koordinatenwerte bei beliebiger Position interaktiv analysiert werden.

Beispiele, welche Aufschluss über die Verwendbarkeit und Funktionalität
dieses Programmmoduls geben, sind implementiert.

MathProf - Software für interaktive Mathematik 

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Themen und Stichworte zu diesem Modul:

Rotierende Körper - Rotationskörper mit Animation (Simulation) - Integral - 3D-Funktionsplotter zur Darstellung von Rotationskörpern - Integralrechnung für Rotationskörper - Volumen vom Rotationskörper - Rotationsvolumen und Mantelfläche von Rotationskörpern bei Rotation um x-Achse - Ermittlung der Bogenlänge von Kurven - Ermittlung vom Volumen (Rauminhalt) eines Rotationskörpers mittels Integral - Drehkörper von Funktionen in Parameterdarstellung - Fläche eines Rotationskörpers - Berechnung eines Rotationskörpers - Volumen eines Rotationskörpers - 3D-Plotter für Rotationskörper - 3D-Grafik von Rotationskörpern

 

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Rotation von Kurven in Parameterdarstellung um die X-Rotationsachse

 
Das Unterprogramm [3D-Mathematik] - Rotation von Kurven in Parameterform um die X-Achse (Rotationskörper) ermöglicht die Darstellung und Untersuchung (u.a. die Ermittlung des Rotationsvolumens) von Rotationskörpern, welche durch mathematische Funktionen in Parameterform beschrieben werden und bei Durchführung einer Rotation um die X-Achse entstehen.

 

MathProf - Rotationskörper - Volumen - Rechner - Animation - 3D-Plotter - Rotationsachse - Integral - Integralrechnung

 

Rotationskörper entstehen durch die Drehung einer ebenen Kurve um eine in der Kurvenebene liegende Achse.

 

In diesem Modul wird die Möglichkeit geboten, Zusammenhänge dieser Art grafisch, sowohl ohne, wie auch unter dem Einfluss von Funktionsparametern zu untersuchen. Es ermöglicht die Darstellung von Körpern, die durch die Rotation einer Kurve um die X-Achse entstehen und definiert werden durch
 

  • Funktionen in Parameterform, beschrieben durch Terme der Form x = f(k,p) und y = g(k,p)

Es besteht die Möglichkeit, sich einen oder zwei Rotationskörper darstellen zu lassen.
 

Screenshots


MathProf - Parameterdarstellung - Drehkörper - Mantelfläche - Rotationsvolumen - Oberfläche - Mantelfläche - Oberfläche - Plotten - Rauminhalt - Drehung um x-Achse - Integralrechnung - Integral - Volumen - Rotation um x-Achse - Bogenlänge - 3D-Plotter - 3D-Plot - 3D-Grafik - Integralrechnung - Rotationskörper - 1
MathProf - Parameterdarstellung - Drehkörper - Mantelfläche - Oberfläche - Plotten - Rauminhalt - Drehung um x-Achse - Integralrechnung - Integral - Volumen - Rotationsvolumen - Rotation um x-Achse - Bogenlänge - 3D-Plotter - 3D-Plot - 3D-Grafik - Integralrechnung - Rotationskörper - 2
MathProf - Parameterdarstellung - Drehkörper - Mantelfläche - Oberfläche - Plotten - Rauminhalt - Drehung um x-Achse - Integralrechnung - Integral - Volumen - Rotationsvolumen - Rotation um x-Achse - Bogenlänge - 3D-Plotter - 3D-Plot - 3D-Grafik - Integralrechnung - Rotationskörper - 3
MathProf - Parameterdarstellung - Drehkörper - Mantelfläche - Oberfläche - Plotten - Rauminhalt - Drehung um x-Achse - Integralrechnung - Integral - Volumen - Rotationsvolumen - Rotation um x-Achse - Bogenlänge - 3D-Plotter - 3D-Plot - 3D-Grafik - Integralrechnung - Rotationskörper - 4

 

Video

 

Nachfolgend finden Sie ein Video zu diesem Fachthema, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks
auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.

Hinweis

 

Rotationskörper dieser Art können durch Funktionsterme der folgenden Formen beschrieben werden:

 

x = f(k)

y = g(k)
 

Bei der Darstellung von Funktionen in Parameterform werden die Koordinaten der Kurvenpunkte durch zwei Gleichungen ermittelt. Die Werte (Koordinaten) für x und y hängen von einem reellwertigen Parameter k ab, welcher einen definierbaren Wertebereich durchläuft. Das Symbol, welches diesen Parameter beschreibt, ist in diesem Programm auf K festgelegt. Funktionen dieser Art müssen (bei Verwendung dieses Parameters) bei deren Definition deshalb stets das Zeichen K enthalten.

Übersicht:

 

Bezeichnung in Fachliteratur Bezeichnung in MathProf
x = f(t)  y = g(t) x = f(k)  y = g(k)

 

Darstellung

 

MathProf - 3D - Rotation - Funktion - Mantelfläche - Oberfläche - Rotationsvolumen

 

Um sich entsprechende Rotationskörper darstellen zu lassen, sollten Sie Folgendes ausführen:
 

  1. Selektieren Sie das Registerblatt Darstellung.
     
  2. Aktivieren Sie den Menüpunkt Grafische Analyse / Vorgabeeinstellung (voreingestellt).
     
  3. Definieren Sie die Funktionsterme in den zur Verfügung stehenden Eingabefeldern mit den Bezeichnungen x1 = f1(k,p) = sowie y1 = g1(k,p) = und aktivieren Sie das hier zugehörige Kontrollkästchen oberhalb der entsprechenden Eingabefelder.

    Möchten Sie gleichzeitig einen zweiten Rotationskörper darstellen lassen, so aktivieren Sie hierfür ebenfalls das entsprechende Kontrollkästchen und definieren die Funktionsterme in den Eingabefeldern mit den Bezeichnungen x2 = f2(k,p) =
    und y2 = g2(k,p) =.

    B
    eachten Sie hierbei die geltenden
    Syntaxregeln.
     
  4. Wählen Sie durch die Aktivierung des Kontrollschalters Ohne Schnitt bzw. Mit Schnitt, ob der Rotationskörper bei Ausgabe der Darstellung beschnitten werden soll.
     
  5. Legen Sie durch die Eingabe entsprechender Zahlenwerte im Formularbereich Voreinstellung für Integrationsbereich den Bereich fest, über den die Integration durchgeführt werden soll (Integration von k1 = und bis k2 =). Diese Voreinstellung kann bei Ausgabe der grafischen Darstellung geändert werden.
     
  6. Legen Sie den zu verwendenden Darstellungsbereich durch die Eingabe eines entsprechenden Zahlenwerts in das Feld Abs. Bereich fest. Auch diese Einstellung kann nach Aufruf der grafischen Darstellung angepasst werden.
     

  7. Enthält einer der definierten Funktionsterme das Einzelzeichen P, so führen Sie Folgendes durch:

    Definieren Sie durch die Eingabe von Zahlenwerten in die Felder Parameter p von ... und bis ... den Startwert, sowie den Endwert des vom Funktionsparameter P zu durchlaufenden Wertebereichs und legen Sie durch die Eingabe eines entsprechenden Werts in das Feld Schrittweite die Schrittweite für Funktionsparameter P fest. Voreingestellt sind der Startwert -5, der Endwert 5, sowie eine Schrittweite von 0,1.

    Wählen Sie durch die Aktivierung des Kontrollschalters Automatisch bei Simulation oder Manuell, ob Sie die Parameterwertsimulation manuell durchführen möchten, oder ob das Programm diese automatisch ausführen soll.
     

  8. Bedienen Sie hierauf die Schaltfläche Darstellen.

Hinweise:

Werden Untersuchungen mit Funktionstermen durchgeführt, von welchen keiner das Einzelzeichen P enthält (parameterfreie Funktionen), so ist die Schaltfläche Sim. Start stets deaktiviert. Wurde hingegen wenigstens ein Funktionsterm definiert, welcher dieses Zeichen enthält, und wurde die Durchführung einer manuellen Simulation gewählt, so steht auf dem Bedienformular ein Schieberegler P zur Verfügung, mit welchem Sie den zu verwendenden Wert für Parameter P einstellen können. Wurde eine automatische Simulation gewählt, so können Sie diese starten, indem Sie die Schaltfläche Start Sim. bedienen. Sie trägt hierauf die Bezeichnung Stop Sim. Beendet werden kann die Simulation wieder, indem Sie diese Schaltfläche nochmals bedienen. Es wird stets der Parameterwertebereich durchlaufen, welcher auf dem Hauptformular des Unterprogramms festgelegt wurde.

 

Bei gemeinsamer Darstellung zweier Rotationskörper kann durch die Aktivierung der Kontrollkästchen R1 bzw. R2 auf dem Bedienformular gewählt werden, welcher dieser eingeblendet wird.

 

Integrationsbereichsanalyse

 

MathProf - Rotationskörper - Plotten - Radius - zeichnen - Rotationsvolumen - Mantelfläche

 

Bei Durchführung einer Integrationsbereichsanalyse erfolgt die Darstellung des Rotationskörpers, beginnend beim Parameterwert K, der im Eingabefeld Integration von k1 auf dem Hauptformular des Unterprogramms festgelegt wurde, bis zum Parameterwert der durch die Position des Rollbalkens K unter Integrationsbereich auf dem Bedienformular eingestellt ist. Der wählbare Bereich entspricht dem unter Voreinstellung für Integrationsbereich auf dem Hauptformulars des Unterprogramms eingestellten Wertebereich.

 

Möchten Sie diesen, oder die Dimensionierung des räumlichen Darstellungsbereichs verändern, so bedienen Sie die Schaltfläche Bereich und legen den Wertebereich für den Funktionsparameter K durch die Eingabe entsprechender Zahlenwerte in die Felder Von k1 = und bis k2 = fest. Durch die Festlegung eines Werts im Feld Abs. Darstellungsbereich definieren Sie die Abmaße des räumlichen Darstellungsbereichs. Bedienen Sie hierauf die Schaltfläche Ok.

 

Um eine Integrationsbereichsanalyse durchzuführen, aktivieren Sie vor Aufruf der Darstellung den Menüeintrag Grafische Analyse / Integrationsbereichsanalyse. Um diesen Modus wieder auszuschalten, wählen Sie den Menüeintrag Grafische Analyse / Vorgabeeinstellung.

 

Koordinatenwertanalyse

 

MathProf - Integral - Berechnung - Flächeninhalt - Grafisch - Mantelfläche - Oberfläche

 

Das Programm erlaubt die Abtastung der Manteloberfläche eines Rotationskörpers und somit die Analyse von Koordinatenwerten auf dieser. Hierfür stehen die Rollbalken mit den Bezeichnungen K und α im Formularbereich Parameter K - Peripheriewinkelposition zur Verfügung, mit welchen Sie die Abtastposition auf der Peripherie des Körpers in Abhängigkeit vom Funktionsparameter K steuern können.

 

Die Peripherie einzelner Kreise des Körpers wird innerhalb eines Wertebereichs von -180° bis 180° mit einer Schrittweite von 1° durchlaufen. Hierbei werden die Koordinatenwerte von Ortspunkten, sowie der Radius r des Rotationskörpers, den dieser bzgl. der gewählten Rotationsachse besitzt, beim entsprechenden Parameterwert K ausgegeben.

 

Um eine Koordinatenwertanalyse durchzuführen, aktivieren Sie vor Aufruf der Darstellung den Menüeintrag Grafische Analyse / Koordinatenwertanalyse. Um diesen Modus wieder auszuschalten, wählen Sie den Menüeintrag Grafische Analyse / Vorgabeeinstellung.

 

Ortskoordinaten und Radien

 

Zudem wird die Durchführung numerischer Analysen von Ortskoordinaten auf der Mantelfläche des Rotationskörpers, sowie die numerische Ermittlung der Radien des Rotationskörpers an bestimmten Abszissenpositionen ermöglicht.

 

Ortskoordinaten

 

MathProf - Rotation - Körper - 3D - Flächeninhalt - Grafisch - Integral - Rotationsachse

 

Wird der Menüpunkt Werte - Ortskoordinaten gewählt, so ermittelt das Programm die räumlichen Koordinatenwerte der Punkte, die auf der Peripherie des Kreises beim gewählten Funktionsparameterwert K liegen. Die Peripherie des Kreises wird hierbei mit einer Schrittweite von 1° durchlaufen.
 

Um die entsprechenden Koordinatenwerte von Ortspunkten bei einem bestimmten Parameterwert K ausgeben zu lassen, sollten Sie Folgendes ausführen:

  1. Definieren Sie die Funktionsterme in den zur Verfügung stehenden Eingabefeldern mit den Bezeichnungen x = f(k) = sowie y = g(k) = und beachten Sie hierbei die geltenden Syntaxregeln.
     
  2. Legen Sie durch die Eingabe des entsprechenden Werts für den Funktionsparameter K die Stelle fest, bei welcher die Untersuchung durchgeführt werden soll.
     
  3. Bedienen Sie die Schaltfläche Berechnen, so ermittelt das Programm die Ergebnisse und gibt diese in der Tabelle aus.

Der Radius, den der Kreis an der entsprechenden Stelle, bzgl. der gewählten Rotationsachse besitzt, wird ebenfalls angezeigt. Die Ausgabe der Winkelpositionen erfolgt im Grad- wie im Bogenmaß.

 

Es ist darauf zu achten, dass deklarierte Funktionsterme nicht das Einzelzeichen P enthalten, welches ausschließlich bei der Definition einer Funktion zur grafischen Darstellung Verwendung findet.

 

Hinweis:

Befinden sich in den beiden oberen Eingabefeldern des Hauptformulars dieses Unterprogramms bereits Funktionsdeklarationen, so werden diese bei Aufruf dieses Befehls in die Eingabefelder des erscheinenden Unterformulars übernommen.

 

Radien

 

MathProf - Rotation - Körper - Radius - Mantelfläche - Oberfläche - Rotationsvolumen - Rotationsachse - Integralrechnung

 

Bei einer Wahl des Menüpunkts Werte - Radien ermittelt das Programm den Radius des Rotationskörpers, den dieser bzgl. der gewählten Rotationsachse und des festgelegten Wertebereichs für Funktionsparameter K besitzt.
 

Um sich die entsprechenden Werte über einen bestimmten Bereich ausgeben zu lassen, müssen Sie folgendermaßen vorgehen:

  1. Definieren Sie die Funktionsterme in den zur Verfügung stehenden Eingabefeldern mit den Bezeichnungen x = f(k) = sowie y = g(k) = und beachten Sie hierbei die geltenden Syntaxregeln.
     
  2. Legen Sie den Anfangs- und Endwert des Bereichs fest, über welchen die Radien ermittelt werden sollen. Führen Sie dies anhand der Eingabe entsprechender Werte in die Felder im Formularbereich Wertebereich durch (voreingestellt: 0 k π).
     
  3. Wählen Sie die Schrittweite mit welcher die Berechnungen durchzuführen sind über die aufklappbare Auswahlbox aus (voreingestellt: 0,1).
     
  4. Bedienen Sie die Schaltfläche Berechnen, so ermittelt das Programm die Ergebnisse und gibt diese in der Tabelle aus.

Hinweis:

Befinden sich in den beiden oberen Eingabefeldern des Hauptformulars des Unterprogramms bereits Funktionsdeklarationen, so werden diese bei Aufruf dieses Befehls in die Eingabefelder des erscheinenden Unterformulars übernommen.

 

Berechnung

 

MathProf - 3D - Integralrechnung - Körper - Volumen - Animation - Rotationsvolumen - Mantelfläche

 

Bei der Ausführung von Berechnungen werden die Werte folgender Größen innerhalb des festgelegten Parameterintervallbereichs ermittelt und ausgegeben:
 

  • Volumen (abs.) V(x) des bei Rotation der Kurve um die x-Achse entstehenden Körpers (Rotationsvolumen)
  • Volumen (abs.) V(y) des bei Rotation der Kurve um die y-Achse entstehenden Körpers (Rotationsvolumen)
     
  • Mantelfläche (abs.) A(x) des bei Rotation der Kurve um die x-Achse entstehenden Körpers (Rotationsfläche - Oberfläche)
  • Mantelfläche (abs.)A(y) des bei Rotation der Kurve um die y-Achse entstehenden Körpers (Rotationsfläche - Oberfläche)
     
  • Statisches Moment Mx des Kurvenstücks
  • Statisches Moment My des Kurvenstücks
  • Statisches Moment Mx des Flächenstücks
  • Statisches Moment My des Flächenstücks
  • Statisches Moment Mxy des Drehkörpers
  • Bogenlänge s der Kurve

Möchten Sie die Durchführung o.a. Berechnungen veranlassen, so sollten Sie folgendermaßen verfahren:
 

  1. Wählen Sie das Registerblatt Berechnung.
     
  2. Deklarieren Sie die Funktionsterme in den zur Verfügung stehenden Eingabefeldern mit den Bezeichnungen x = f(k) = sowie y = g(k) =. Beachten Sie hierbei die geltenden Syntaxregeln.
     
  3. Legen Sie durch die Eingabe entsprechender Zahlenwerte in die Felder Integration von k1 = und bis k2 = im Formularbereich Einstellungen für numerische Berechnung den Wertebereich für Funktionsparameter K fest (voreingestellt: 0 &le k &le π), über welchen die numerische Integration durchgeführt werden soll. Standardwerte hierfür können Sie holen, indem Sie das entsprechende Eingabefeld fokussieren und die rechte Maustaste bedienen.
     
  4. Definieren Sie mittels dem zur Verfügung stehenden Rollbalken Stützstellenanzahl die Anzahl der für die Berechnungen zu verwendenden Stützstellen.
     
  5. Nach einer Bedienung der Schaltfläche Berechnen werden die ermittelten Ergebnisse in der Tabelle ausgegeben.

Hinweise:

Die numerische Ermittlung dieser Werte wird durch die Anzahl vorgegebener Stützstellen beeinflusst. Je mehr Stützstellen verwendet werden, desto genauer werden die Ergebnisse. Dennoch gilt es zu beachten, dass die Berechnungszeit durch eine Erhöhung der Stützstellenanzahl exponentiell steigt. Den Abbruch der Durchführung von Berechnungen können Sie durch eine Bedienung der Taste ESC veranlassen.

Prinzipiell sollten diese numerischen Integrationsverfahren nur bei stetigen Funktionen verwendet werden, bzw. bei unstetigen Funktionen nur innerhalb derer stetiger Wertebereiche, da es ansonsten zu Verfälschungen der Ergebnisse kommen kann. Die Genauigkeit bei der Errechnung der Bogenlänge und der Mantelfläche hängt von der Differenzierbarkeit der Funktion ab. Somit kann es hierbei zu erheblichen Abweichungen kommen.

Es ist darauf zu achten, dass deklarierte Funktionsterme nicht das Einzelzeichen P enthalten, welches ausschließlich bei der Definition einer Funktion zur grafischen Darstellung Verwendung findet.
 

Mathematische Zusammenhänge bei Funktionen in Parameterform

Die mathematischen Zusammenhänge zur Ermittlung der vom Programm ausgegebenen Werte für Funktionen in Parameterform sind nachfolgend aufgezeigt:

 

Gleichung - Parameterdarstellung - 1

Gleichung - Parameterdarstellung - 2

 

Rotationsvolumen bei Rotation um x-Achse:

Rotation - Volumen - Gleichung - 1

 

Rotationsvolumen bei Rotation um y-Achse:

Rotation - Volumen - Gleichung - 2

 

Bogenlänge (Länge des Kurvenstücks):

 

Rotation - Bogenlänge - Gleichung - 1

 

Mantelfläche (Rotationsfläche - Oberfläche)  bei Rotation um x-Achse:

 

Rotation - Mantelfläche - Gleichung - 1

 

Mantelfläche (Rotationsfläche - Oberfläche) bei Rotation um y-Achse:

 

Rotation - Mantelfläche - Gleichung - 2

 

Statisches Moment des Kurvenstücks bzgl. x-Achse:

 

Statisches Moment - Gleichung - 1

 

Statisches Moment des Kurvenstücks bzgl. y-Achse:

 

Statisches Moment - Gleichung - 2

 

Statisches Moment des Flächenstücks bzgl. x-Achse:

 

Statisches Moment - Gleichung - 3

 

Statisches Moment des Flächenstücks bzgl. y-Achse:

 

Statisches Moment - Gleichung - 4

 

Statisches Moment des Rotationskörpers bei Rotation um x-Achse:

 

Statisches Moment - Gleichung - 5

 

Schwerpunkt der homogenen Kurve:

 

Schwerpunkt - Gleichung - 1    Schwerpunkt - Gleichung - 2

 

Darstellungsbereich

 

In Bezug auf die Wahl des Darstellungsbereichs ermöglicht das Programm die Darstellung von Rotationskörpern auf eine der folgenden Arten und Weisen:
 

  • Ohne Schnitt

  • Mit Schnitt

  1. Ohne Schnitt:
     
    Voreingestellt ist die Darstellung von Rotationskörpern Ohne Schnitt. Den Darstellungsbereich, der zur Ausgabe der grafischen Darstellung verwendet werden soll, legen Sie durch die Eingabe eines entsprechenden Werts in das Feld Abs. Bereich im Formularbereich Voreinstellung - Darstellungsbereich fest.
     

    Das Programm benutzt den Wert Abs. Bereich, um die räumliche Dimensionierung in allen Richtungen gleichermaßen festzulegen. Wird beispielsweise der Wert 4 eingegeben, so wird der räumliche Darstellungsbereich bemessen mit: -4 x 4, -4 y 4, -4 z 4. Besitzt eine Funktion in diesem Fall über den gewählten Integrationsbereich hinweg stetig Ordinatenwerte, deren Absolutbeträge größer sind als der Wert welcher für den Darstellungsbereich festgelegt wurde, so liegt die gesamte Kontur des Rotationskörpers außerhalb dieses Darstellungsbereichs und ist somit nicht sichtbar. Liegt nur ein Teil der Funktionswerte außerhalb des eingestellten Darstellungsbereichs, so stellt das Programm die Segmente des Rotationskörpers lediglich an Stellen dar bei welchen die Absolutbeträge der Funktionswerte kleiner sind als der eingestellte Darstellungsbereich.
     

    Um dies ggf. zu beheben, bzw. um Änderungen dieser Einstellungen bei Ausgabe der grafischen Darstellung vorzunehmen, steht auf dem Bedienformular der Schalter Bereich zur Verfügung. Nach dessen Bedienung legen Sie im hierauf erscheinenden Eingabeformular die Abmaße des gewünschten räumlichen Darstellungsbereichs durch die Eingabe des entsprechenden Werts in das Feld mit der Bezeichnung Abs. Darstellungsbereich fest. Führen Sie hierauf einen Klick auf die Schaltfläche Ok aus.

     

    Den Wertebereich für den Funktionsparameter K über welchen die Darstellung eines Rotationskörpers ausgegeben werden soll, definieren Sie durch die Eingabe entsprechender Werte in die Felder Darstellung - Integration von k1 = und bis k2 = im Formularbereich Darstellung - Voreinstellung für Integrationsbereich. Eine Änderung dieser Einstellungen ist bei Ausgabe der grafischen Darstellung ebenfalls möglich. Bedienen Sie auch hierzu die Schaltfläche Bereich und definieren Sie den Darstellungsbereich (Integrationsbereich) des Rotationskörpers durch Eingabe entsprechender Zahlenwerte in die Felder Von k1 = und bis k2 =. Klicken Sie hierauf auf die Schaltfläche Ok.


     

  2. Mit Schnitt:
     
    Wird der Kontrollschalter Mit Schnitt aktiviert, so verwendet das Programm bei Aufruf der Darstellung den unter Abs. Bereich voreingestellten Darstellungsbereich und beschneidet den Rotationskörper an Stellen die außerhalb dessen liegen. Diesen Bereich können Sie bei Ausgabe der Darstellung verändern, indem Sie den auf dem Bedienformular zur Verfügung stehenden Rollbalken Koord. positionieren. Der maximal einstellbare Wert entspricht dem Doppelten des unter Abs. Bereich auf dem Hauptformular des Unterprogramms vorgegebenen Werts.

Hinweis:

Ist nach Aufruf einer Darstellung kein Rotationskörper zu sehen, so ist ggf. der Darstellungsbereich zu vergößern.

 

Sonstiges

 

Da es unter Umständen notwendig sein kann, bei gleichzeitiger Darstellung zweier Rotationskörper verschiedene Integrationsbereiche für diese zu verwenden, steht der Menüpunkt Optionen - Darstellung - Verschiedene Integrationsbereiche für beide Funktionen zur Verfügung. Nach einer Wahl dessen werden zwei weitere Eingabefelder eingeblendet, durch welche es ermöglicht wird, beiden Funktionen verschiedene Integrationsbereiche zuzuweisen.

 

Um die Anzeige der Funktionsbibliothek ein- bzw. auszublenden steht der Menüpunkt Optionen - Funktionsbibliothek ausblenden bzw. Optionen - Funktionsbibliothek einblenden zur Verfügung.

 

Beide o.a. Einstellungen werden sitzungsübergreifend gespeichert.

 

Allgemein

 

Grundlegendes zum Umgang mit dem Programm bei der Ausgabe dreidimensionaler grafischer Darstellungen erfahren Sie unter Dreidimensionale Grafiken - Handling. Wie Sie das Layout einer 3D-Darstellung konfigurieren können, erfahren Sie unter 3D-Layoutkonfiguration.

 

Weitere Themenbereiche

 

Rotation von Kurven in kartesischer Form um die X-Achse

Rotation von Kurven in kartesischer Form um die Y-Achse

Rotation von Kurven in Parameterform um die Y-Achse

 

Beispiel


Es gilt, Untersuchungen mit dem durch die Funktionen in Parameterform x = f(k) = 3·sin(k) und y = g(k) = 2·cos(k) beschriebenen Ellipsoid über einen Integrationsbereich von k1 = 0 bis k2 = π durchführen zu lassen.

Vorgehensweise und Lösung:

Öffnen Sie das Unterprogramm Rotation von Kurven in Parameterform um die X-Achse. Nach der Wahl des Registerblatts Berechnung, der Definition der Funktionsterme durch die Eingabe der Zeichenfolgen 3*SIN(K) und 2*COS(K) in die dafür vorgesehenen Felder x = f(k) = sowie y = g(k) =, der Eingabe der Zahlenwerte 0 und 3,14159 in die Felder Integration von k1 = und bis k2 = unter Einstellungen für numerische Berechnung führt die Ausführung der erforderlichen Berechnungen bei einer eingestellten Stützstellenzahl von ca. 100000 nach einer Bedienung der Schaltfläche Berechnen zu den Ergebnissen:

 

Volumen (abs.) des bei Rotation der Kurve um die x-Achse entstehenden Körpers (Rotationsvolumen): V(x) = 50,265 VE

Volumen (abs.) des bei Rotation der Kurve um die y-Achse entstehenden Körpers (Rotationsvolumen): V(y) = 75,398 VE

 

Mantelfläche (abs.) des bei Rotation der Kurve um die x-Achse entstehenden Körpers (Rotationsfläche - Oberfläche): A(x) = 89,001 FE

Mantelfläche (abs.) des bei Rotation der Kurve um die y-Achse entstehenden Körpers (Rotationsfläche - Oberfläche): A(y) = 67,672 FE

 

Statisches Moment des Kurvenstücks bzgl. x-Achse: Mx = 0

Statisches Moment des Kurvenstücks bzgl. y-Achse: My = 14,165

Statisches Moment des Flächenstücks bzgl. x-Achse: Mx = 0

Statisches Moment des Flächenstücks bzgl. y-Achse: My = 6

Statisches Moment des Körpers bei Rotation um x-Achse: Myz = 0

 

Bogenlänge der Kurve s: 7,933 LE
 

Weitere Screenshots zu diesem Modul

 

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Screenshots und Kurzbeschreibungen einiger Module zu entsprechenden Themenbereichen

Eine kleine Übersicht in Form von Bildern und kurzen Beschreibungen über einige zu den einzelnen Fachthemengebieten dieses Programms implementierte Unterprogramme finden Sie unter Screenshots zum Themengebiet Analysis - Screenshots zum Themengebiet Geometrie - Screenshots zum Themengebiet Trigonometrie - Screenshots zum Themengebiet Algebra - Screenshots zum Themengebiet 3D-Mathematik - Screenshots zum Themengebiet Stochastik - Screenshots zum Themengebiet Vektoralgebra sowie unter Screenshots zu sonstigen Themengebieten. 
  
Nützliche Infos zu diesem Themengebiet

 

Hilfreiche Informationen zu diesem Fachthema sind unter Wikipedia - Rotationskörper und unter Wikipedia - Parameterdarstellung zu finden. 

 
Implementierte Module zum Themenbereich 3D-Mathematik


Rotation von Kurven in kartesischer Form um die X-Achse (3D) - Rotation von Kurven in Parameterform um die X-Achse (3D) - Rotation von Kurven in kartesischer Form um die Y-Achse (3D) - Rotation von Kurven in Parameterform um die Y-Achse (3D) - Flächen mit Funktion in expliziter Form (3D) - Analyse implizit definierter Funktionen (3D) - Flächen mit Funktionen in Parameterform (3D) - Funktionen in sphärischen Kugelkoordinaten (3D) - Funktionen in sphärischen Zylinderkoordinaten (3D) - Raumkurven in Parameterform (3D) - Flächen 2. Ordnung (3D)
 

Unsere Produkte
 
Nachfolgend aufgeführt finden Sie Kurzinfos zu den von uns entwickelten Produkten.
 
MathProf 5.0
Mathematik interaktiv

 
MathProf 5.0 ist ein Programm für alle, die die Aufgabe oder das Ziel haben, sich mathematische Sachverhalte auf einfache Weise zu verdeutlichen. Zudem spricht es diejenigen an, die sich für Mathematik interessieren, oder mathematische Probleme verschiedenster Art zu lösen haben und von grafischen 2D- und 3D-Echtzeitdarstellungen sowie Animationen beeindruckt sind.
 

Bilder zum Programm MathProf 5.0 - Analysis - Trigonometrie - Algebra - 3D-Mathematik - Vektoralgebra - Geometrie
 

Es eignet sich insbesondere dafür, um interaktive grafische Untersuchungen sowie numerische Berechnungen zu entsprechenden Fachthemen durchführen zu lassen. Mehr als 300 verschiedene Unterprogramme decken die mathematischen Themenbereiche Analysis, Geometrie, Trigonometrie, Algebra, Stochastik, 3D-Mathematik und Vektoralgebra großflächig ab.


Bilder zum Programm MathProf 5.0 - Analysis - Trigonometrie - Algebra - 3D-Mathematik - Stochastik - Vektoralgebra - Numerisch - Grafisch - Plotten - Graph


Durch die Nutzbarkeit vieler implementierter grafischer Features bestehen vielseitige gestaltungstechnische Möglichkeiten, ausgegebene Grafiken in entsprechenden Unterprogrammen auf individuelle Anforderungen anzupassen. Durch die freie Veränderbarkeit von Parametern und Koordinatenwerten bei der Ausgabe grafischer Darstellungen, besteht in vielen Modulen zudem die Möglichkeit, Veränderungen an dargestellten Gebilden und Zusammenhängen manuell oder durch die Verwendung automatisch ablaufender Simulationsprozesse in Echtzeit zu steuern und zu analysieren.

Es verfügt über eine umfangreiche Programmhilfe mit ca. 1600 Seiten.

 
Kurzinfos zu Inhalten einiger Unterprogramme erhalten Sie unter:
 
 
 
  
PhysProf 1.1
Physik interaktiv

 
PhysProf 1.1 ist ein Programm für alle, die die Aufgabe oder das Ziel haben, sich physikalische Gesetzmäßigkeiten und Gegebenheiten zu verdeutlichen. Es spricht alle an, die sich für die Ergründung physikalischer Prozessabläufe und derartige Zusammenhänge interessieren. In zahlreichen Unterprogrammen besteht die Möglichkeit, Veränderungen von Einflussgrößen manuell, oder durch die Ausgabe automatisch ablaufender Simulationsprozesse in Echtzeit zu steuern und zu analysieren. Inhaltlich umfasst es ca. 70 verschiedene Unterprogramme zu den Fachthemenbereichen Mechanik, Elektrotechnik, Thermodynamik und Optik.
 

Bilder zum Programm PhysProf 1.1 - Mechanik - Elektrotechnik - Thermodynamik - Optik
 

Durch die Benutzung dieses Programms wird es ermöglicht, bereits bekannte Fachthemeninhalte aufzuarbeiten und entsprechende Sachverhalte numerisch wie auch grafisch zu analysieren. Mittels der freien Veränderbarkeit der Parameter von Einflussgrößen bei der Ausgabe grafischer Darstellungen besteht in vielen Unterprogrammen die Möglichkeit, Veränderungen an dargestellten Zusammenhängen manuell oder durch die Anwendung automatisch ablaufender Simulationsprozesse in Echtzeit zu steuern und zu analysieren.

Es verfügt über eine umfangreiche Programmhilfe mit ca. 300 Seiten.

 
Eine Übersicht aller in PhysProf 1.1 zur Verfügung stehender Programmteile finden Sie im PhysProf - Inhaltsverzeichnis, oder durch einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche.

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Kurzinfos zu Inhalten einiger Unterprogramme von Physprof 1.1 erhalten Sie unter:
 
Videos zu einigen in PhysProf implementierten Modulen finden Sie, indem Sie den Reiter Videos wählen, oder durch einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche.
 
Zu den Videos zu PhysProf 1.1
 
 

 
SimPlot 1.0
Visualisierung und Simulation interaktiv
 

SimPlot 1.0 ist eine Anwendung, welche es unter anderem durch interaktiv erstellbare Präsentationen ermöglicht, sich Sachverhalte aus vielen technischen, wissenschaftlichen und anderen Bereichen grafisch darstellen und diese multifunktional sowohl statisch, wie auch in Form bewegter Grafiken ausgeben zu lassen. Das Programm erlaubt die Erstellung von Gebilden mit zweidimensionalen grafischen Objekten, welche als geometrische Figuren und Bilder zur Verfügung stehen.

Es bietet zudem die Möglichkeit, Zusammenhänge im Bereich der Planimetrie auf einfache Weise interaktiv zu analysieren. Unter anderem wird es ermöglicht, mit erzeugten Gebilden geometrische Transformationen durchzuführen und diesen automatisch ablaufende Bewegungs- und Verformungsprozesse zuzuweisen.

 
Bilder zum Programm SimPlot 1.0 - Zweidimensionale Grafiken, Simulationen und Animationen für unterschiedlichste Anwendungsbereiche

 
SimPlot kann sowohl zur Erstellung von Infografiken, zur dynamischen Datenvisualisierung, zur Auswertung technisch-wissenschaftlicher Zusammenhänge sowie zur Erzeugung bewegter Bilder für verschiedenste Anwendungsbereiche eingesetzt werden. Neben der Bereitstellung vieler mathematischer Hilfsmittel und zusätzlicher Unterprogramme erlaubt es auch die Einblendung von Hilfslinien zur Echtzeit, welche dienlich sind, um sich relevante Sachverhalte und Zusammenhänge unmittelbar begreiflich zu machen.

Dieses Programm verfügt über eine umfangreiche Programmhilfe mit ca. 900 Seiten.
 
Eine Inhaltsübersicht dessen finden Sie unter SimPlot - Inhaltsverzeichnis, oder durch einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche.

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Beispiele einiger mit Simplot 1.0 erzeugter Grafiken finden Sie unter Beispiele, oder durch einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche.

Zu Beispielen von SimPlot 1.0
 
Videos zu einigen mit diesem Programm erzeugten Animationen finden Sie unter Videos, oder einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche ausführen.
 
Zu den Videos zu SimPlot 1.0

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