Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 5 - x 3 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 5 - x 3 = 0
x 3 · ( x 2 -1 ) = 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 -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 5 - x 3 -2 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

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

x 5 - x 3 -2 = -2 | +2
x 5 - x 3 -2 +2 = 0
x 5 - x 3 = 0
x 3 · ( x 2 -1 ) = 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 -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 +4 ) 4 +160 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

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Es gilt f(x) = -2, also -2 ( x +4 ) 4 +160 = -2.

-2 ( x +4 ) 4 +160 = -2 | -160
-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)= -2.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 3 x 3 - x 2 -1 und g(x)= 2 x 3 -1 .

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

3 x 3 - x 2 -1 = 2 x 3 -1 | +1
3 x 3 - x 2 = 2 x 3 | -2 x 3
3 x 3 -2 x 3 - x 2 = 0
x 3 - x 2 = 0
x 2 · ( x -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 -1 = 0 | +1
x2 = 1

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(0) = 2⋅ 0 3 -1 = -1 ⇒ S1(0| -1 )

g( 1 ) = 2⋅ 1 3 -1 = 1 ⇒ S2( 1 | 1 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

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

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

II: -1 = - 1 4 ⋅ (-2) n | ⋅ ( -4 )

4 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 1 4 x 2

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(0.5), g(-0.5) und -h(-0.5), 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(0.5) = 0,5 2 > 0
  • g(-0.5) = ( -0,5 ) 3 < 0
  • -h(-0.5) = - ( -0,5 ) 4 < 0
  • Da f(0.5) 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 g(-0.5) < -h(-0.5). 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:
    0.54 =0.53 ⋅ 0.5, d.h. 0.54 < 0.53, also gilt - 0.54 > - 0.53.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    g(-0.5)= ( -0,5 ) 3 < -h(-0.5)= - ( -0,5 ) 4 < f(0.5)= 0,5 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 x 2 -5x +6 . Berechne den Funktionswert f(-1).

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Wir setzen -1 einfach für x in f(x)= -2 x 2 -5x +6 ein:

f(-1) = -2⋅ ( -1 ) 2 -5⋅( -1 ) +6

= -2⋅1 +5 +6

= -2 +5 +6

= 3 +6

= 9