Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 4 - x 2 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 - x 2 = 0
x 2 · ( x 2 -1 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 = 0 | 2
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 3 +2 x 2 -5 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -5.

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

x 3 +2 x 2 -5 = -5 | +5
x 3 +2 x 2 -5 +5 = 0
x 3 +2 x 2 = 0
x 2 · ( x +2 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 = 0 | 2
x1 = 0

2. Fall:

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

An den Stellen x1 = -2 und x2 = 0 gilt also f(x)= -5.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( x +5 ) 3 +65 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 1.

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Es gilt f(x) = 1, also - ( x +5 ) 3 +65 = 1.

- ( x +5 ) 3 +65 = 1 | -65
- ( x +5 ) 3 = -64 |: ( -1 )
( x +5 ) 3 = 64 | 3
x +5 = 64 3 = 4
x +5 = 4 | -5
x = -1

An der Stelle x1 = -1 gilt also f(x)= 1.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= -12 und g(x)= -2 x 3 +4 .

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

-12 = -2 x 3 +4 | +12 +2 x 3
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 2 3 +4 = -12 S1( 2 | -12 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 4 3 ) und B(-2| 64 3 ) 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| 4 3 ) und B(-2| 64 3 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 4 3 = a · 1 n
II: 64 3 = a · (-2) n

Aus I ergibt sich ja sofort 4 3 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: 64 3 = 4 3 (-2) n | ⋅ 3 4

16 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 4 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(1.1), g(-1.1) und -h(1.1), 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(1.1) = - 1,1 2 < 0
  • g(-1.1) = ( -1,1 ) 3 < 0
  • -h(1.1) = - 1,1 4 < 0
  • Da alle Werte negativ sind, schauen wir zunächst nur auf die Beträge:

    Und weil 1.1 > 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:
    1.13 =1.12 ⋅ 1.1 bzw. 1.14 =1.13 ⋅ 1.1,
    d.h. 1.13 > 1.12, also gilt - 1.13 < - 1.12 und 1.14 > 1.13, also gilt - 1.14 < - 1.13.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(1.1)= - 1,1 4 < g(-1.1)= ( -1,1 ) 3 < -f(1.1)= - 1,1 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( x -2 ) 4 -2 . Berechne den Funktionswert f(1).

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Wir setzen 1 einfach für x in f(x)= -2 ( x -2 ) 4 -2 ein:

f(1) = -2 ( 1 -2 ) 4 -2

= -2 ( -1 ) 4 -2

= -21 -2

= -2 -2

= -4