Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 6 -8 x 3 mit der x-Achse.

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An den Schnittpunkten mit der x-Achse müssen die Funktionswerte null sein, also müssen wir den Funktionsterm =0 setzen:

x 6 -8 x 3 = 0
x 3 · ( x 3 -8 ) = 0

Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.

1. Fall:

x 3 = 0 | 3
x1 = 0

2. Fall:

x 3 -8 = 0 | +8
x 3 = 8 | 3
x2 = 8 3 = 2

Da die y-Werte als Funktionswerte =0 sein müssen, ergeben sich als Schnittpunkte mit der x-Achse:

S1(0|0), S2( 2 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 -12x +41 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 5.

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Es gilt f(x) = 5, also x 2 -12x +41 = 5.

x 2 -12x +41 = 5 | -5

x 2 -12x +36 = 0

Lösen mit der a-b-c-Formel (Mitternachtsformel):

eingesetzt in x1,2 = - b ± b 2 -4a · c 2a ergibt:

x1,2 = +12 ± ( -12 ) 2 -4 · 1 · 36 21

x1,2 = +12 ± 144 -144 2

x1,2 = +12 ± 0 2

Da die Wurzel Null ist, gibt es nur eine Lösung:

x = 12 2 = 6

Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):

vor dem Einsetzen in x1,2 = - p 2 ± ( p 2 ) 2 - q
berechnen wir zuerst die Diskriminante D = ( p 2 ) 2 - q :

D = ( -6 ) 2 - 36 = 36 - 36 = 0

Da die Diskriminante D = 0 ist, hat die quadratische Gleichung nur eine Lösunng.

x = 6 ± 0 = 6

An der Stelle x1 = 6 gilt also f(x)= 5.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( x -3 ) 3 -131 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -3.

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Es gilt f(x) = -3, also 2 ( x -3 ) 3 -131 = -3.

2 ( x -3 ) 3 -131 = -3 | +131
2 ( x -3 ) 3 = 128 |:2
( x -3 ) 3 = 64 | 3
x -3 = 64 3 = 4
x -3 = 4 | +3
x = 7

An der Stelle x1 = 7 gilt also f(x)= -3.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 3 + x 2 +128 und g(x)= - x 3 + x 2 .

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An den Schnittstellen müssen die Funktionswerte der beiden Graphen gleich sein, also müssen wir die beiden Funktionsterme gleichsetzen:

x 3 + x 2 +128 = - x 3 + x 2 | -128 + x 3 - x 2
2 x 3 = -128 |:2
x 3 = -64 | 3
x = - 64 3 = -4

Um noch die y-Werte der Schnittpunkte zu erhalten, muss man die Lösungen entweder in f oder in g einsetzen (weil es Schnittpunkte sind, müssen ja bei diesem x-Wert beide y-Werte (also Funktionswerte) gleich sein).

g( -4 ) = - ( -4 ) 3 + ( -4 ) 2 = 80 S1( -4 | 80 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| - 3 4 ) und B(2|-12 ) auf dem Graphen der Funktion f mit f(x)= a · x n liegen.

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Wir setzen einfach die beiden Punkte A(1| - 3 4 ) und B(2|-12 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: - 3 4 = a · 1 n
II: -12 = a · 2 n

Aus I ergibt sich ja sofort - 3 4 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: -12 = - 3 4 2 n | ⋅ ( - 4 3 )

16 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 3 4 x 4

Größenvergleich bei Potenzfunktionen

Beispiel:

Gegeben sind die Funktionen f mit f(x)= x 2 , g mit g(x)= x 3 , h mit h(x)= x 4 .
Sortiere die drei Funktionswerte f(-0.6), g(-0.6) und -h(-0.6), ohne sie wirklich auszurechnen.

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Das Schaubild rechts zeigt jeweils die Graphen von f (in schwarz), g (in blau) und h (in rot).

Zuerst überlegen wir, welche der Funktionswerte positiv und welche negativ sind:

  • f(-0.6) = ( -0,6 ) 2 > 0
  • g(-0.6) = ( -0,6 ) 3 < 0
  • -h(-0.6) = - ( -0,6 ) 4 < 0
  • Da f(-0.6) der einzige positive Funktionswert ist, muss dieser also der größte sein.

    Und weil die anderen beiden Werte negativ sind, schauen wir zunächst nur auf die Beträge:

    Dabei gilt g(-0.6) < -h(-0.6). Das sieht man zum einen am Schaubild rechts (f(x)=x2 in schwarz, g(x)=x3 in blau und h(x)=x4 in rot), aber auch direkt an den Zahlen:
    0.64 =0.63 ⋅ 0.6, d.h. 0.64 < 0.63, also gilt - 0.64 > - 0.63.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    g(-0.6)= ( -0,6 ) 3 < -h(-0.6)= - ( -0,6 ) 4 < f(-0.6)= ( -0,6 ) 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - x 3 +3 x 2 -3 . Berechne den Funktionswert f(1).

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Wir setzen 1 einfach für x in f(x)= - x 3 +3 x 2 -3 ein:

f(1) = - 1 3 +3 1 2 -3

= -1 +31 -3

= -1 +3 -3

= 2 -3

= -1