Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 4 -16 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 4 -16 = 0 | +16
x 4 = 16 | 4
x1 = - 16 4 = -2
x2 = 16 4 = 2

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

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

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x -5 ) 2 ( x +3 ) 2 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

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Es gilt f(x) = 0, also ( x -5 ) 2 ( x +3 ) 2 = 0.

( x -5 ) 2 ( x +3 ) 2 = 0
( ( x -5 ) ( x +3 ) ) 2 = 0 | 2
( x -5 ) ( x +3 ) = 0
( x -5 ) ( x +3 ) = 0

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

1. Fall:

x -5 = 0 | +5
x1 = 5

2. Fall:

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

An den Stellen x1 = -3 und x2 = 5 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 3 -30 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -3.

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Es gilt f(x) = -3, also x 3 -30 = -3.

x 3 -30 = -3 | +30
x 3 = 27 | 3
x = 27 3 = 3

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 2 x 3 -3x -11 und g(x)= -3x +5 .

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

2 x 3 -3x -11 = -3x +5 | +11
2 x 3 -3x = -3x +16 | +3x
2 x 3 = 16 |:2
x 3 = 8 | 3
x = 8 3 = 2

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( 2 ) = -32 +5 = -1 S1( 2 | -1 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

I: 3 = a · 1 n
II: 12 = a · (-2) n

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

II: 12 = 3 (-2) n | ⋅ 1 3

4 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 3 x 2

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(-0.4), -g(-0.4) und -h(-0.4), 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(-0.4) = ( -0,4 ) 2 > 0
  • -g(-0.4) = - ( -0,4 ) 3 > 0
  • -h(-0.4) = - ( -0,4 ) 4 < 0
  • Da -h(-0.4) 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(-0.4) > -g(-0.4). 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:
    0.43 =0.42 ⋅ 0.4.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(-0.4)= - ( -0,4 ) 4 < -g(-0.4)= - ( -0,4 ) 3 < f(-0.4)= ( -0,4 ) 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( -x -4 ) 3 +3 . Berechne den Funktionswert f(-2).

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Wir setzen -2 einfach für x in f(x)= - ( -x -4 ) 3 +3 ein:

f(-2) = - ( -( -2 ) -4 ) 3 +3

= - ( 2 -4 ) 3 +3

= - ( -2 ) 3 +3

= -( -8 ) +3

= 8 +3

= 11