Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= - ( 4 +2x ) 3 +8 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:

- ( 4 +2x ) 3 +8 = 0
- ( 2x +4 ) 3 +8 = 0 | -8
- ( 2x +4 ) 3 = -8 |: ( -1 )
( 2x +4 ) 3 = 8 | 3
2x +4 = 8 3 = 2
2x +4 = 2 | -4
2x = -2 |:2
x = -1

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

S1( -1 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x ( x -3 ) 2 · ( x +1 ) . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = 0, also x ( x -3 ) 2 · ( x +1 ) = 0.

x ( x -3 ) 2 · ( x +1 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

( x -3 ) 2 · ( x +1 ) = 0

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

1. Fall:

( x -3 ) 2 = 0 | 2
x -3 = 0
x -3 = 0 | +3
x2 = 3

2. Fall:

x +1 = 0 | -1
x3 = -1

An den Stellen x1 = -1 , x2 = 0 und x3 = 3 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( x +2 ) 4 -35 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -3.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = -3, also 2 ( x +2 ) 4 -35 = -3.

2 ( x +2 ) 4 -35 = -3 | +35
2 ( x +2 ) 4 = 32 |:2
( x +2 ) 4 = 16 | 4

1. Fall

x +2 = - 16 4 = -2
x +2 = -2 | -2
x1 = -4

2. Fall

x +2 = 16 4 = 2
x +2 = 2 | -2
x2 = 0

An den Stellen x1 = -4 und x2 = 0 gilt also f(x)= -3.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 4 -10x +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 4 -10x +5 = -2x +5 | -5
x 4 -10x = -2x | +2x
x 4 -10x +2x = 0
x 4 -8x = 0
x · ( x 3 -8 ) = 0

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

1. Fall:

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 = 1 S2( 2 | 1 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

I: 1 = a · 1 n
II: 27 = a · 3 n

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

II: 27 = 3 n | ⋅ 1

27 = 3 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 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(0.5), -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 -h(0.5) 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(0.5) > -g(-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:
    0.53 =0.52 ⋅ 0.5.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 3 x 4 +3x +8 . Berechne den Funktionswert f(2).

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Wir setzen 2 einfach für x in f(x)= 3 x 4 +3x +8 ein:

f(2) = 3 2 4 +32 +8

= 316 +6 +8

= 48 +6 +8

= 54 +8

= 62