Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= -2 ( x +5 ) 4 -162 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 +5 ) 4 -162 = 0 | +162
-2 ( x +5 ) 4 = 162 |: ( -2 )
( x +5 ) 4 = -81 | 4

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!

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

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 - x -8 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 4.

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Es gilt f(x) = 4, also x 2 - x -8 = 4.

x 2 - x -8 = 4 | -4

x 2 - x -12 = 0

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

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

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

x1,2 = +1 ± 1 +48 2

x1,2 = +1 ± 49 2

x1 = 1 + 49 2 = 1 +7 2 = 8 2 = 4

x2 = 1 - 49 2 = 1 -7 2 = -6 2 = -3

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 = ( - 1 2 ) 2 - ( -12 ) = 1 4 + 12 = 1 4 + 48 4 = 49 4

x1,2 = 1 2 ± 49 4

x1 = 1 2 - 7 2 = - 6 2 = -3

x2 = 1 2 + 7 2 = 8 2 = 4

An den Stellen x1 = -3 und x2 = 4 gilt also f(x)= 4.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x +5 ) 4 -83 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

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Es gilt f(x) = -2, also ( x +5 ) 4 -83 = -2.

( x +5 ) 4 -83 = -2 | +83
( x +5 ) 4 = 81 | 4

1. Fall

x +5 = - 81 4 = -3
x +5 = -3 | -5
x1 = -8

2. Fall

x +5 = 81 4 = 3
x +5 = 3 | -5
x2 = -2

An den Stellen x1 = -8 und x2 = -2 gilt also f(x)= -2.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= -2 x 2 +3x +70 und g(x)= 3x -2 .

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

-2 x 2 +3x +70 = 3x -2 | -70
-2 x 2 +3x = 3x -72 | -3x
-2 x 2 = -72 |: ( -2 )
x 2 = 36 | 2
x1 = - 36 = -6
x2 = 36 = 6

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( -6 ) = 3( -6 ) -2 = -20 S1( -6 | -20 )

g( 6 ) = 36 -2 = 16 S2( 6 | 16 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

I: - 1 4 = a · 1 n
II: -2 = a · 2 n

Aus I ergibt sich ja sofort - 1 4 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: -2 = - 1 4 2 n | ⋅ ( -4 )

8 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 1 4 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(-1.3), g(-1.3) und -h(1.3), 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(-1.3) = - ( -1,3 ) 2 < 0
  • g(-1.3) = ( -1,3 ) 3 < 0
  • -h(1.3) = - 1,3 4 < 0
  • Da alle Werte negativ sind, schauen wir zunächst nur auf die Beträge:

    Und weil 1.3 > 1 ist, werden die Betrags-Werte natürlich mit jeder Potenz immer größer. 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:
    1.33 =1.32 ⋅ 1.3 bzw. 1.34 =1.33 ⋅ 1.3,
    d.h. 1.33 > 1.32, also gilt - 1.33 < - 1.32 und 1.34 > 1.33, also gilt - 1.34 < - 1.33.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(1.3)= - 1,3 4 < g(-1.3)= ( -1,3 ) 3 < -f(-1.3)= - ( -1,3 ) 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(1) = 1 2 -31 -1

= 1 -3 -1

= -3