Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= -2 x 3 -250 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 3 -250 = 0 | +250
-2 x 3 = 250 |: ( -2 )
x 3 = -125 | 3
x = - 125 3 = -5

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

S1( -5 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 -20 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -4.

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Es gilt f(x) = -4, also x 2 -20 = -4.

x 2 -20 = -4 | +20
x 2 = 16 | 2
x1 = - 16 = -4
x2 = 16 = 4

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( 5 -2x ) 3 +29 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 2.

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Es gilt f(x) = 2, also - ( 5 -2x ) 3 +29 = 2.

- ( 5 -2x ) 3 +29 = 2
- ( -2x +5 ) 3 +29 = 2 | -29
- ( -2x +5 ) 3 = -27 |: ( -1 )
( -2x +5 ) 3 = 27 | 3
-2x +5 = 27 3 = 3
-2x +5 = 3 | -5
-2x = -2 |:(-2 )
x = 1

An der Stelle x1 = 1 gilt also f(x)= 2.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 3 +3x +1 und g(x)= 4x +1 .

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

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

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 2 -1 = 0 | +1
x 2 = 1 | 2
x2 = - 1 = -1
x3 = 1 = 1

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( -1 ) = 4( -1 ) +1 = -3 S1( -1 | -3 )

g(0) = 40 +1 = 1 S2(0| 1 )

g( 1 ) = 41 +1 = 5 S3( 1 | 5 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|-1) und B(2|-16 ) 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|-16 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: -1 = a · 1 n
II: -16 = a · 2 n

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

II: -16 = - 2 n | ⋅ ( -1 )

16 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - x 4

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(0.3), -g(0.3) und h(0.3), 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(0.3) = - 0,3 2 < 0
  • -g(0.3) = - 0,3 3 < 0
  • h(0.3) = 0,3 4 > 0
  • Da h(0.3) 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(0.3) < -g(0.3). 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:
    0.33 =0.32 ⋅ 0.3, d.h. 0.33 < 0.32, also gilt - 0.33 > - 0.32.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(0.3)= - 0,3 2 < -g(0.3)= - 0,3 3 < h(0.3)= 0,3 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( 3x +1 ) 3 -1 . Berechne den Funktionswert f(-1).

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

f(-1) = - ( 3( -1 ) +1 ) 3 -1

= - ( -3 +1 ) 3 -1

= - ( -2 ) 3 -1

= -( -8 ) -1

= 8 -1

= 7