Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= 2 ( x +1 ) 3 +250 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:

2 ( x +1 ) 3 +250 = 0 | -250
2 ( x +1 ) 3 = -250 |:2
( x +1 ) 3 = -125 | 3
x +1 = - 125 3 = -5
x +1 = -5 | -1
x = -6

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

S1( -6 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 5 -4 x 3 +2 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 2.

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Es gilt f(x) = 2, also x 5 -4 x 3 +2 = 2.

x 5 -4 x 3 +2 = 2 | -2
x 5 -4 x 3 +2 -2 = 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)= 2.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( x +4 ) 4 -158 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 4.

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Es gilt f(x) = 4, also 2 ( x +4 ) 4 -158 = 4.

2 ( x +4 ) 4 -158 = 4 | +158
2 ( x +4 ) 4 = 162 |:2
( x +4 ) 4 = 81 | 4

1. Fall

x +4 = - 81 4 = -3
x +4 = -3 | -4
x1 = -7

2. Fall

x +4 = 81 4 = 3
x +4 = 3 | -4
x2 = -1

An den Stellen x1 = -7 und x2 = -1 gilt also f(x)= 4.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 2 x 4 -3x -35 und g(x)= -3x -3 .

Lösung einblenden

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

2 x 4 -3x -35 = -3x -3 | +35
2 x 4 -3x = -3x +32 | +3x
2 x 4 = 32 |:2
x 4 = 16 | 4
x1 = - 16 4 = -2
x2 = 16 4 = 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 ) = -3( -2 ) -3 = 3 S1( -2 | 3 )

g( 2 ) = -32 -3 = -9 S2( 2 | -9 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|1) und B(-2|-32 ) 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|1) und B(-2|-32 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 1 = a · 1 n
II: -32 = a · (-2) n

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

II: -32 = (-2) n | ⋅ 1

-32 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=5

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 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(-0.9), -g(-0.9) und -h(0.9), ohne sie wirklich auszurechnen.

Lösung einblenden
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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(-0.9) = - ( -0,9 ) 2 < 0
  • -g(-0.9) = - ( -0,9 ) 3 > 0
  • -h(0.9) = - 0,9 4 < 0
  • Da -g(-0.9) 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(-0.9) < -h(0.9). 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:
    0.94 =0.92 ⋅ 0.9 ⋅ 0.9, d.h. 0.94 < 0.92, also gilt - 0.94 > - 0.92.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(-0.9)= - ( -0,9 ) 2 < -h(0.9)= - 0,9 4 < -g(-0.9)= - ( -0,9 ) 3 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 5 -3 x 2 +9 . Berechne den Funktionswert f(-2).

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Wir setzen -2 einfach für x in f(x)= x 5 -3 x 2 +9 ein:

f(-2) = ( -2 ) 5 -3 ( -2 ) 2 +9

= ( -32 ) -34 +9

= -32 -12 +9

= -44 +9

= -35