Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 5 -8 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 5 -8 x 2 = 0
x 2 · ( x 3 -8 ) = 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 3 -8 = 0 | +8
x 3 = 8 | 3
x2 = 8 3 = 2

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

S1(0|0), S2( 2 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( 3 +2x ) 3 -247 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 3.

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Es gilt f(x) = 3, also -2 ( 3 +2x ) 3 -247 = 3.

-2 ( 3 +2x ) 3 -247 = 3
-2 ( 2x +3 ) 3 -247 = 3 | +247
-2 ( 2x +3 ) 3 = 250 |: ( -2 )
( 2x +3 ) 3 = -125 | 3
2x +3 = - 125 3 = -5
2x +3 = -5 | -3
2x = -8 |:2
x = -4

An der Stelle x1 = -4 gilt also f(x)= 3.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= -2 x 3 - x 2 - x +16 und g(x)= - x 2 - x .

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

-2 x 3 - x 2 - x +16 = - x 2 - x | -16 + x 2 + x
-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 - 2 = -6 S1( 2 | -6 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|-3) und B(-2|24 ) 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|-3) und B(-2|24 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: -3 = a · 1 n
II: 24 = a · (-2) n

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

II: 24 = -3 (-2) n | ⋅ ( - 1 3 )

-8 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= -3 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(-0.4), g(-0.4) und h(0.4), 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(-0.4) = - ( -0,4 ) 2 < 0
  • g(-0.4) = ( -0,4 ) 3 < 0
  • h(0.4) = 0,4 4 > 0
  • Da h(0.4) 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(-0.4) < g(-0.4). 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:
    0.43 =0.42 ⋅ 0.4, d.h. 0.43 < 0.42, also gilt - 0.43 > - 0.42.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(-0.4)= - ( -0,4 ) 2 < g(-0.4)= ( -0,4 ) 3 < h(0.4)= 0,4 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 4 x 2 +2x -8 . Berechne den Funktionswert f(-1).

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Wir setzen -1 einfach für x in f(x)= 4 x 2 +2x -8 ein:

f(-1) = 4 ( -1 ) 2 +2( -1 ) -8

= 41 -2 -8

= 4 -2 -8

= 2 -8

= -6