Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= -2 x 4 +162 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 4 +162 = 0 | -162
-2 x 4 = -162 |: ( -2 )
x 4 = 81 | 4
x1 = - 81 4 = -3
x2 = 81 4 = 3

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

S1( -3 |0), S2( 3 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 -14x +53 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 4.

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Es gilt f(x) = 4, also x 2 -14x +53 = 4.

x 2 -14x +53 = 4 | -4

x 2 -14x +49 = 0

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

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

x1,2 = +14 ± ( -14 ) 2 -4 · 1 · 49 21

x1,2 = +14 ± 196 -196 2

x1,2 = +14 ± 0 2

Da die Wurzel Null ist, gibt es nur eine Lösung:

x = 14 2 = 7

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 = ( -7 ) 2 - 49 = 49 - 49 = 0

Da die Diskriminante D = 0 ist, hat die quadratische Gleichung nur eine Lösunng.

x = 7 ± 0 = 7

An der Stelle x1 = 7 gilt also f(x)= 4.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( x +5 ) 4 +80 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -1.

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Es gilt f(x) = -1, also - ( x +5 ) 4 +80 = -1.

- ( x +5 ) 4 +80 = -1 | -80
- ( x +5 ) 4 = -81 |: ( -1 )
( x +5 ) 4 = 81 | 4

1. Fall

x +5 = - 81 4 = -3
x +5 = -3 | -5
x1 = -8

2. Fall

x +5 = 81 4 = 3
x +5 = 3 | -5
x2 = -2

An den Stellen x1 = -8 und x2 = -2 gilt also f(x)= -1.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 4 +5x +85 und g(x)= 5x +4 .

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

x 4 +5x +85 = 5x +4 | -85
x 4 +5x = 5x -81 | -5x
x 4 = -81 | 4

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!

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).

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|-2) und B(-3|-18 ) 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(-3|-18 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: -2 = a · 1 n
II: -18 = a · (-3) n

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

II: -18 = -2 (-3) n | ⋅ ( - 1 2 )

9 = (-3) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= -2 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(-0.4), -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 alle Werte positiv sind, schauen wir nur auf die Beträge:

    Und weil 0.4 < 1 ist, werden die Werte mit jeder Potenz immer kleiner. 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 bzw. 0.44 =0.43 ⋅ 0.4.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(2) = 4 2 2 +52 -1

= 44 +10 -1

= 16 +10 -1

= 26 -1

= 25