Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= - ( -3 +2x ) 3 +125 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:

- ( -3 +2x ) 3 +125 = 0
- ( 2x -3 ) 3 +125 = 0 | -125
- ( 2x -3 ) 3 = -125 |: ( -1 )
( 2x -3 ) 3 = 125 | 3
2x -3 = 125 3 = 5
2x -3 = 5 | +3
2x = 8 |:2
x = 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 2 -4x +1 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

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Es gilt f(x) = -2, also x 2 -4x +1 = -2.

x 2 -4x +1 = -2 | +2

x 2 -4x +3 = 0

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

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

x1,2 = +4 ± ( -4 ) 2 -4 · 1 · 3 21

x1,2 = +4 ± 16 -12 2

x1,2 = +4 ± 4 2

x1 = 4 + 4 2 = 4 +2 2 = 6 2 = 3

x2 = 4 - 4 2 = 4 -2 2 = 2 2 = 1

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 = ( -2 ) 2 - 3 = 4 - 3 = 1

x1,2 = 2 ± 1

x1 = 2 - 1 = 1

x2 = 2 + 1 = 3

An den Stellen x1 = 1 und x2 = 3 gilt also f(x)= -2.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( x -3 ) 3 +122 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -3.

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Es gilt f(x) = -3, also - ( x -3 ) 3 +122 = -3.

- ( x -3 ) 3 +122 = -3 | -122
- ( x -3 ) 3 = -125 |: ( -1 )
( x -3 ) 3 = 125 | 3
x -3 = 125 3 = 5
x -3 = 5 | +3
x = 8

An der Stelle x1 = 8 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 -12 und g(x)= x 2 +4 .

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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 -12 = x 2 +4 | +12
-2 x 3 + x 2 = x 2 +16 | - x 2
-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 +4 = 8 S1( -2 | 8 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|1) und B(2|4 ) 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|1) und B(2|4 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 1 = a · 1 n
II: 4 = a · 2 n

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

II: 4 = 2 n | ⋅ 1

4 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 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(-0.8), g(0.8) und -h(-0.8), 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(-0.8) = ( -0,8 ) 2 > 0
  • g(0.8) = 0,8 3 > 0
  • -h(-0.8) = - ( -0,8 ) 4 < 0
  • Da -h(-0.8) 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(-0.8) > g(0.8). 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:
    0.83 =0.82 ⋅ 0.8.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(-0.8)= - ( -0,8 ) 4 < g(0.8)= 0,8 3 < f(-0.8)= ( -0,8 ) 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(2) = 2 4 -4

= 16 -4

= 12