Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= 2 ( x 2 -7 ) 3 +54 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 2 -7 ) 3 +54 = 0 | -54
2 ( x 2 -7 ) 3 = -54 |:2
( x 2 -7 ) 3 = -27 | ⋅3
x 2 -7 = - 27 3 = -3
x 2 -7 = -3 | +7
x 2 = 4 | ⋅2
x1 = - 4 = -2
x2 = 4 = 2

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

S1( -2 |0), S2( 2 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

x 3 +2 x 2 +1 = 1 | -1
x 3 +2 x 2 +1 -1 = 0
x 3 +2 x 2 = 0
x 2 · ( x +2 ) = 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 = 0 | -2
x2 = -2

An den Stellen x1 = -2 und x2 = 0 gilt also f(x)= 1.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( x +4 ) 4 +160 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = -2, also -2 ( x +4 ) 4 +160 = -2.

-2 ( x +4 ) 4 +160 = -2 | -160
-2 ( x +4 ) 4 = -162 |: ( -2 )
( 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)= -2.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

- x 3 -5x = -2 x 3 - x | - ( -2 x 3 - x )
- x 3 +2 x 3 -5x + x = 0
x 3 -4x = 0
x · ( x 2 -4 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 2 -4 = 0 | +4
x 2 = 4 | ⋅2
x2 = - 4 = -2
x3 = 4 = 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 ) 3 - ( -2 ) = 18 ⇒ S1( -2 | 18 )

g(0) = -2⋅ 0 3 - 0 = 0 ⇒ S2(0|0)

g( 2 ) = -2⋅ 2 3 - 2 = -18 ⇒ S3( 2 | -18 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|-1) und B(2|-32 ) 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|-32 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: -1 = a · 1 n
II: -32 = a · 2 n

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

II: -32 = - 2 n | ⋅ ( -1 )

32 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=5

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - x 5

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(1.6), g(-1.6) und -h(1.6), 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(1.6) = - 1,6 2 < 0
  • g(-1.6) = ( -1,6 ) 3 < 0
  • -h(1.6) = - 1,6 4 < 0
  • Da alle Werte negativ sind, schauen wir zunächst nur auf die Beträge:

    Und weil 1.6 > 1 ist, werden die Betrags-Werte natürlich mit jeder Potenz immer größer. 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:
    1.63 =1.62 ⋅ 1.6 bzw. 1.64 =1.63 ⋅ 1.6,
    d.h. 1.63 > 1.62, also gilt - 1.63 < - 1.62 und 1.64 > 1.63, also gilt - 1.64 < - 1.63.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(1.6)= - 1,6 4 < g(-1.6)= ( -1,6 ) 3 < -f(1.6)= - 1,6 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 3 -4 . Berechne den Funktionswert f(1).

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Wir setzen 1 einfach für x in f(x)= x 3 -4 ein:

f(1) = 1 3 -4

= 1 -4

= -3