Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 5 + x 2 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 5 + x 2 = 0
x 2 · ( x 3 +1 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 = 0 | 2
x1 = 0

2. Fall:

x 3 +1 = 0 | -1
x 3 = -1 | 3
x2 = - 1 3 = -1

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

S1( -1 |0), S2(0|0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 5 -4 x 3 -3 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -3.

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Es gilt f(x) = -3, also x 5 -4 x 3 -3 = -3.

x 5 -4 x 3 -3 = -3 | +3
x 5 -4 x 3 -3 +3 = 0
x 5 -4 x 3 = 0
x 3 · ( x 2 -4 ) = 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 2 -4 = 0 | +4
x 2 = 4 | 2
x2 = - 4 = -2
x3 = 4 = 2

An den Stellen x1 = -2 , x2 = 0 und x3 = 2 gilt also f(x)= -3.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x -5 ) 3 +31 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 4.

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Es gilt f(x) = 4, also ( x -5 ) 3 +31 = 4.

( x -5 ) 3 +31 = 4 | -31
( x -5 ) 3 = -27 | 3
x -5 = - 27 3 = -3
x -5 = -3 | +5
x = 2

An der Stelle x1 = 2 gilt also f(x)= 4.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= - x 3 +3 x 2 -4x -27 und g(x)= 3 x 2 -4x .

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

- x 3 +3 x 2 -4x -27 = 3 x 2 -4x | +27 -3 x 2 +4x
- x 3 = 27 |: ( -1 )
x 3 = -27 | 3
x = - 27 3 = -3

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( -3 ) = 3 ( -3 ) 2 -4( -3 ) = 39 S1( -3 | 39 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 3 4 ) und B(2|24 ) 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|24 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 3 4 = a · 1 n
II: 24 = a · 2 n

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

II: 24 = 3 4 2 n | ⋅ 4 3

32 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=5

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 3 4 x 5

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 alle Werte negativ sind, schauen wir zunächst nur auf die Beträge:

    Und weil 0.4 < 1 ist, werden die Betrags-Werte mit jeder Potenz immer kleiner. 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 bzw. 0.44 =0.43 ⋅ 0.4,
    d.h. 0.43 < 0.42, also gilt - 0.43 > - 0.42 und 0.44 < 0.43, also gilt - 0.44 > - 0.43.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 3 ( 3x +7 ) 4 -3 . Berechne den Funktionswert f(-2).

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Wir setzen -2 einfach für x in f(x)= 3 ( 3x +7 ) 4 -3 ein:

f(-2) = 3 ( 3( -2 ) +7 ) 4 -3

= 3 ( -6 +7 ) 4 -3

= 3 1 4 -3

= 31 -3

= 3 -3

= 0