Die einfache aber wahrscheinlich unbefridigende Antwort ist: weil das Trägheitsmoment so definiert ist.
https://de.wikipedia.org/wiki/Tr%C3%A4gheitsmoment#Allgemeine_Definition
D.h je weiter die Masse vom Mittelpunkt, bzw um präziser zu sein der Rotationsachse, entfernt ist, desto größer ihr Beitrag zum Trägheitsmoment. Daher hat ein Hohlzylinder bei gleicher Masse ein höheres Trägheitsmoment als ein Vollzylinder.
Die Frage ist nun, warum ist die Definition so sinnvoll? Dafür mochte ich eine evtl formal nicht ganz korrekte Motivation geben: Zuerst betrachten wir eine Punktmasse m, die sich auf einer Kreisbahn mit Radius r bewegt. Um die Masse auf der Kreisbahn zu halten muss die Zentripetalkraft m*v/r^2 aufgebracht werden, dabei ist v die Geschwindigkeit der Masse. Damit hat das Teilchen eine kinetische Energie von E=m*v^2.
Nun gehe ich von "normalen" zu Rotationsbewegungen, dabei gibt es einige Ähnlichkeiten:
kinetische Energie -> Rotationsenergie, Kraft -> Drehmoment, Masse -> Trägheitsmoment, Geschwindigkeit -> Winkelgeschwindigkeit...
Wenn nun die Rotationsenergie analog zur kinetischen Energie sein soll ist: E_rot=1/2*I*(omega)^2, wobei (omega) die Winkelgeschwindigkeit und I das Trägheitsmoment ist. Nun erscheint es sinnvoll das die Rotationsenergie gleich der kinetischen ist. Aus dem vorherigen Beispiel kann ich berechnen, dass die Umlaufzeit T=2*(pi)*r/v ist, bzw 2*(pi)/T=(omega)=v/r. Damit folgt: E_kin=1/2*m*v^2=1/2*m*r^2*(omega)^2 da dies gleich der Rotationsenergie ist folgt: I=m*r^2. Wenn du dir nun vorstellst, dass deine Zylinder aus unendlich vielen und kleinen Massen besteht, kommst du auf die Formel aus dem Artikel.