Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= - x 4 +81 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 +81 = 0 | -81
- x 4 = -81 |: ( -1 )
x 4 = 81 | 4
x1 = - 81 4 = -3
x2 = 81 4 = 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 3 - x -2 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

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

x 3 - x -2 = -2 | +2
x 3 - x -2 +2 = 0
x 3 - x = 0
x · ( x 2 -1 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 2 -1 = 0 | +1
x 2 = 1 | 2
x2 = - 1 = -1
x3 = 1 = 1

An den Stellen x1 = -1 , x2 = 0 und x3 = 1 gilt also f(x)= -2.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 x 3 -13 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 3.

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Es gilt f(x) = 3, also 2 x 3 -13 = 3.

2 x 3 -13 = 3 | +13
2 x 3 = 16 |:2
x 3 = 8 | 3
x = 8 3 = 2

An der Stelle x1 = 2 gilt also f(x)= 3.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= -2 x 3 +3 x 2 +51 und g(x)= 3 x 2 -3 .

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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 +3 x 2 +51 = 3 x 2 -3 | -51
-2 x 3 +3 x 2 = 3 x 2 -54 | -3 x 2
-2 x 3 = -54 |: ( -2 )
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 -3 = 24 S1( 3 | 24 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 3 2 ) und B(-3| - 81 2 ) 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 2 ) und B(-3| - 81 2 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 3 2 = a · 1 n
II: - 81 2 = a · (-3) n

Aus I ergibt sich ja sofort 3 2 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: - 81 2 = 3 2 (-3) n | ⋅ 2 3

-27 = (-3) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 3 2 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(-1.4), -g(-1.4) und -h(1.4), 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(-1.4) = - ( -1,4 ) 2 < 0
  • -g(-1.4) = - ( -1,4 ) 3 > 0
  • -h(1.4) = - 1,4 4 < 0
  • Da -g(-1.4) 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(-1.4) > -h(1.4). 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:
    1.44 =1.42 ⋅ 1.4 ⋅ 1.4, d.h. 1.44 > 1.42, also gilt - 1.44 < - 1.42.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(1.4)= - 1,4 4 < -f(-1.4)= - ( -1,4 ) 2 < -g(-1.4)= - ( -1,4 ) 3 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

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

= 2 1 4 -2

= 21 -2

= 2 -2

= 0