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)= -2 ( x 2 -11 ) 3 -16 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:

-2 ( x 2 -11 ) 3 -16 = 0 | +16
-2 ( x 2 -11 ) 3 = 16 |: ( -2 )
( x 2 -11 ) 3 = -8 | 3
x 2 -11 = - 8 3 = -2
x 2 -11 = -2 | +11
x 2 = 9 | 2
x1 = - 9 = -3
x2 = 9 = 3

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

S1( -3 |0), S2( 3 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 -4x -14 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = -2, also x 2 -4x -14 = -2.

x 2 -4x -14 = -2 | +2

x 2 -4x -12 = 0

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

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

x1,2 = +4 ± ( -4 ) 2 -4 · 1 · ( -12 ) 21

x1,2 = +4 ± 16 +48 2

x1,2 = +4 ± 64 2

x1 = 4 + 64 2 = 4 +8 2 = 12 2 = 6

x2 = 4 - 64 2 = 4 -8 2 = -4 2 = -2

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 = ( -2 ) 2 - ( -12 ) = 4+ 12 = 16

x1,2 = 2 ± 16

x1 = 2 - 4 = -2

x2 = 2 + 4 = 6

An den Stellen x1 = -2 und x2 = 6 gilt also f(x)= -2.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( x -4 ) 4 -28 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 4.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = 4, also -2 ( x -4 ) 4 -28 = 4.

-2 ( x -4 ) 4 -28 = 4 | +28
-2 ( x -4 ) 4 = 32 |: ( -2 )
( x -4 ) 4 = -16 | 4

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!

Es gibt also keine Stelle x für die f(x)= 4 gilt.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 3 +4 x 2 +16 und g(x)= - x 3 +4 x 2 .

Lösung einblenden

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

x 3 +4 x 2 +16 = - x 3 +4 x 2 | -16 + x 3 -4 x 2
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 ) = - ( -2 ) 3 +4 ( -2 ) 2 = 24 S1( -2 | 24 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| - 1 3 ) und B(-2| - 16 3 ) auf dem Graphen der Funktion f mit f(x)= a · x n liegen.

Lösung einblenden

Wir setzen einfach die beiden Punkte A(1| - 1 3 ) und B(-2| - 16 3 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: - 1 3 = a · 1 n
II: - 16 3 = a · (-2) n

Aus I ergibt sich ja sofort - 1 3 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: - 16 3 = - 1 3 (-2) n | ⋅ ( -3 )

16 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 1 3 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(-0.3), g(0.3) und -h(0.3), 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(-0.3) = ( -0,3 ) 2 > 0
  • g(0.3) = 0,3 3 > 0
  • -h(0.3) = - 0,3 4 < 0
  • Da -h(0.3) 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(-0.3) > g(0.3). 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:
    0.33 =0.32 ⋅ 0.3.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(0.3)= - 0,3 4 < g(0.3)= 0,3 3 < f(-0.3)= ( -0,3 ) 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -3 ( 3x +8 ) 4 +4 . Berechne den Funktionswert f(-2).

Lösung einblenden

Wir setzen -2 einfach für x in f(x)= -3 ( 3x +8 ) 4 +4 ein:

f(-2) = -3 ( 3( -2 ) +8 ) 4 +4

= -3 ( -6 +8 ) 4 +4

= -3 2 4 +4

= -316 +4

= -48 +4

= -44