Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= 3 x 4 -24 x 3 +36 x 2 mit der x-Achse.

Lösung einblenden

An den Schnittpunkten mit der x-Achse müssen die Funktionswerte null sein, also müssen wir den Funktionsterm =0 setzen:

3 x 4 -24 x 3 +36 x 2 = 0
3 x 2 · ( x 2 -8x +12 ) = 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 -8x +12 = 0

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

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

x2,3 = +8 ± ( -8 ) 2 -4 · 1 · 12 21

x2,3 = +8 ± 64 -48 2

x2,3 = +8 ± 16 2

x2 = 8 + 16 2 = 8 +4 2 = 12 2 = 6

x3 = 8 - 16 2 = 8 -4 2 = 4 2 = 2

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 = ( -4 ) 2 - 12 = 16 - 12 = 4

x1,2 = 4 ± 4

x1 = 4 - 2 = 2

x2 = 4 + 2 = 6

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

S1(0|0), S2( 2 |0), S3( 6 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

x 4 + x +3 = 3 | -3
x 4 + x +3 -3 = 0
x 4 + x = 0
x · ( x 3 +1 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 3 +1 = 0 | -1
x 3 = -1 | 3
x2 = - 1 3 = -1

An den Stellen x1 = -1 und x2 = 0 gilt also f(x)= 3.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( x +4 ) 4 +85 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 4.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = 4, also - ( x +4 ) 4 +85 = 4.

- ( x +4 ) 4 +85 = 4 | -85
- ( x +4 ) 4 = -81 |: ( -1 )
( 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)= 4.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 6 -8 x 3 +2x +5 und g(x)= 2x +5 .

Lösung einblenden

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

x 6 -8 x 3 +2x +5 = 2x +5 | -5
x 6 -8 x 3 +2x = 2x | -2x
x 6 -8 x 3 +2x -2x = 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

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) = 20 +5 = 5 S1(0| 5 )

g( 2 ) = 22 +5 = 9 S2( 2 | 9 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 1 2 ) und B(-3| - 27 2 ) auf dem Graphen der Funktion f mit f(x)= a · x n liegen.

Lösung einblenden

Wir setzen einfach die beiden Punkte A(1| 1 2 ) und B(-3| - 27 2 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 1 2 = a · 1 n
II: - 27 2 = a · (-3) n

Aus I ergibt sich ja sofort 1 2 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: - 27 2 = 1 2 (-3) n | ⋅ 2

-27 = (-3) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 1 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(0.4), -g(0.4) und h(0.4), 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(0.4) = - 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)= 24 x 3 +2 . Berechne den Funktionswert f(1).

Lösung einblenden

Wir setzen 1 einfach für x in f(x)= 24 x 3 +2 ein:

f(1) = 24 1 3 +2

= 241 +2

= 24 +2

= 26