Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= -2 x 3 -128 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 3 -128 = 0 | +128
-2 x 3 = 128 |: ( -2 )
x 3 = -64 | 3
x = - 64 3 = -4

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

S1( -4 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 6 +8 x 3 +4 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 4.

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Es gilt f(x) = 4, also x 6 +8 x 3 +4 = 4.

x 6 +8 x 3 +4 = 4 | -4
x 6 +8 x 3 +4 -4 = 0
x 6 +8 x 3 = 0
x 3 ( x 3 +8 ) = 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 3 +8 = 0 | -8
x 3 = -8 | 3
x2 = - 8 3 = -2

An den Stellen x1 = -2 und x2 = 0 gilt also f(x)= 4.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( x +4 ) 4 +167 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 5.

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Es gilt f(x) = 5, also 2 ( x +4 ) 4 +167 = 5.

2 ( x +4 ) 4 +167 = 5 | -167
2 ( x +4 ) 4 = -162 |:2
( x +4 ) 4 = -81 | 4

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!

Es gibt also keine Stelle x für die f(x)= 5 gilt.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

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

x 3 -4 x 2 -2x = -4 x 2 +2x | - ( -4 x 2 +2x )
x 3 -4 x 2 +4 x 2 -2x -2x = 0
x 3 -4x = 0
x ( x 2 -4 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 2 -4 = 0 | +4
x 2 = 4 | 2
x2 = - 4 = -2
x3 = 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 ) = -4 ( -2 ) 2 +2( -2 ) = -20 S1( -2 | -20 )

g(0) = -4 0 2 +20 = 0 S2(0|0)

g( 2 ) = -4 2 2 +22 = -12 S3( 2 | -12 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|2) und B(2|16 ) 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|2) und B(2|16 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 2 = a · 1 n
II: 16 = a · 2 n

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

II: 16 = 2 2 n | ⋅ 1 2

8 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 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(-0.9), -g(-0.9) und -h(0.9), 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(-0.9) = ( -0,9 ) 2 > 0
  • -g(-0.9) = - ( -0,9 ) 3 > 0
  • -h(0.9) = - 0,9 4 < 0
  • Da -h(0.9) der einzige negative Funktionswert ist, muss dieser also der kleinste sein.

    Und weil die anderen beiden Werte positiv sind, schauen wir nur auf die Beträge:

    Dabei gilt f(-0.9) > -g(-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:
    0.93 =0.92 ⋅ 0.9.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( 3x +5 ) 4 +2 . Berechne den Funktionswert f(-1).

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Wir setzen -1 einfach für x in f(x)= ( 3x +5 ) 4 +2 ein:

f(-1) = ( 3( -1 ) +5 ) 4 +2

= ( -3 +5 ) 4 +2

= 2 4 +2

= 16 +2

= 18