Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 5 - x 3 mit der x-Achse.

Lösung einblenden

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

x 5 - x 3 = 0
x 3 ( x 2 -1 ) = 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 -1 = 0 | +1
x 2 = 1 | 2
x2 = - 1 = -1
x3 = 1 = 1

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

S1( -1 |0), S2(0|0), S3( 1 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 6 - x 3 -1 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -1.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = -1, also x 6 - x 3 -1 = -1.

x 6 - x 3 -1 = -1 | +1
x 6 - x 3 -1 +1 = 0
x 6 - x 3 = 0
x 3 ( x 3 -1 ) = 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 -1 = 0 | +1
x 3 = 1 | 3
x2 = 1 3 = 1

An den Stellen x1 = 0 und x2 = 1 gilt also f(x)= -1.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 x 3 +123 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -5.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = -5, also 2 x 3 +123 = -5.

2 x 3 +123 = -5 | -123
2 x 3 = -128 |:2
x 3 = -64 | 3
x = - 64 3 = -4

An der Stelle x1 = -4 gilt also f(x)= -5.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

x 5 +2 x 3 +4x = 3 x 3 +4x | - ( 3 x 3 +4x )
x 5 +2 x 3 -3 x 3 +4x -4x = 0
x 5 - x 3 = 0
x 3 ( x 2 -1 ) = 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 -1 = 0 | +1
x 2 = 1 | 2
x2 = - 1 = -1
x3 = 1 = 1

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( -1 ) = 3 ( -1 ) 3 +4( -1 ) = -7 S1( -1 | -7 )

g(0) = 3 0 3 +40 = 0 S2(0|0)

g( 1 ) = 3 1 3 +41 = 7 S3( 1 | 7 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

I: -1 = a · 1 n
II: -4 = a · (-2) n

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

II: -4 = - (-2) n | ⋅ ( -1 )

4 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 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(-1.5), g(-1.5) und h(1.5), ohne sie wirklich auszurechnen.

Lösung einblenden
Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

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(-1.5) = - ( -1,5 ) 2 < 0
  • g(-1.5) = ( -1,5 ) 3 < 0
  • h(1.5) = 1,5 4 > 0
  • Da h(1.5) 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 -f(-1.5) > g(-1.5). 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:
    1.53 =1.52 ⋅ 1.5, d.h. 1.53 > 1.52, also gilt - 1.53 < - 1.52.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    g(-1.5)= ( -1,5 ) 3 < -f(-1.5)= - ( -1,5 ) 2 < h(1.5)= 1,5 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -5 x 3 +1 . Berechne den Funktionswert f(2).

Lösung einblenden

Wir setzen 2 einfach für x in f(x)= -5 x 3 +1 ein:

f(2) = -5 2 3 +1

= -58 +1

= -40 +1

= -39