Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 3 +64 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 3 +64 = 0 | -64
x 3 = -64 | 3
x = - 64 3 = -4

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

S1( -4 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 -8 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 1.

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Es gilt f(x) = 1, also x 2 -8 = 1.

x 2 -8 = 1 | +8
x 2 = 9 | 2
x1 = - 9 = -3
x2 = 9 = 3

An den Stellen x1 = -3 und x2 = 3 gilt also f(x)= 1.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( 4 +2x ) 3 +20 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 4.

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Es gilt f(x) = 4, also -2 ( 4 +2x ) 3 +20 = 4.

-2 ( 4 +2x ) 3 +20 = 4
-2 ( 2x +4 ) 3 +20 = 4 | -20
-2 ( 2x +4 ) 3 = -16 |: ( -2 )
( 2x +4 ) 3 = 8 | 3
2x +4 = 8 3 = 2
2x +4 = 2 | -4
2x = -2 |:2
x = -1

An der Stelle x1 = -1 gilt also f(x)= 4.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= -2 x 4 -2 x 3 +5x -32 und g(x)= -2 x 3 +5x .

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

-2 x 4 -2 x 3 +5x -32 = -2 x 3 +5x | +32 +2 x 3 -5x
-2 x 4 = 32 |: ( -2 )
x 4 = -16 | 4

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!

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).

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|-1) und B(2|-8 ) 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|-1) und B(2|-8 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: -1 = a · 1 n
II: -8 = a · 2 n

Aus I ergibt sich ja sofort -1 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: -8 = - 2 n | ⋅ ( -1 )

8 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

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

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(-1.2), g(-1.2) und h(1.2), 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(-1.2) = ( -1,2 ) 2 > 0
  • g(-1.2) = ( -1,2 ) 3 < 0
  • h(1.2) = 1,2 4 > 0
  • Da g(-1.2) der einzige negative Funktionswert ist, muss dieser also der kleinste sein.

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

    Dabei gilt f(-1.2) < h(1.2). 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:
    1.24 =1.22 ⋅ 1.2 ⋅ 1.2.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    g(-1.2)= ( -1,2 ) 3 < f(-1.2)= ( -1,2 ) 2 < h(1.2)= 1,2 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(2) = 2 2 -1

= 4 -1

= 3