Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= ( x +2 ) 4 -81 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:

( x +2 ) 4 -81 = 0 | +81
( x +2 ) 4 = 81 | 4

1. Fall

x +2 = - 81 4 = -3
x +2 = -3 | -2
x1 = -5

2. Fall

x +2 = 81 4 = 3
x +2 = 3 | -2
x2 = 1

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

S1( -5 |0), S2( 1 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 5 -4 x 3 -4 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -4.

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Es gilt f(x) = -4, also x 5 -4 x 3 -4 = -4.

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

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

1. Fall:

x 3 = 0 | 3
x1 = 0

2. Fall:

x 2 -4 = 0 | +4
x 2 = 4 | 2
x2 = - 4 = -2
x3 = 4 = 2

An den Stellen x1 = -2 , x2 = 0 und x3 = 2 gilt also f(x)= -4.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( 4 +2x ) 3 -127 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 1.

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Es gilt f(x) = 1, also 2 ( 4 +2x ) 3 -127 = 1.

2 ( 4 +2x ) 3 -127 = 1
2 ( 2x +4 ) 3 -127 = 1 | +127
2 ( 2x +4 ) 3 = 128 |:2
( 2x +4 ) 3 = 64 | 3
2x +4 = 64 3 = 4
2x +4 = 4 | -4
2x = 0 |:2
x = 0

An der Stelle x1 = 0 gilt also f(x)= 1.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 5 + x 2 +2x +1 und g(x)= 2x +1 .

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

x 5 + x 2 +2x +1 = 2x +1 | -1
x 5 + x 2 +2x = 2x | -2x
x 5 + x 2 +2x -2x = 0
x 5 + x 2 = 0
x 2 · ( x 3 +1 ) = 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 3 +1 = 0 | -1
x 3 = -1 | 3
x2 = - 1 3 = -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 ) = 2( -1 ) +1 = -1 S1( -1 | -1 )

g(0) = 20 +1 = 1 S2(0| 1 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|1) und B(-3|9 ) 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(-3|9 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 1 = a · 1 n
II: 9 = a · (-3) n

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

II: 9 = (-3) n | ⋅ 1

9 = (-3) 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(1.5), -g(1.5) und -h(1.5), 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(1.5) = - 1,5 2 < 0
  • -g(1.5) = - 1,5 3 < 0
  • -h(1.5) = - 1,5 4 < 0
  • Da alle Werte negativ sind, schauen wir zunächst nur auf die Beträge:

    Und weil 1.5 > 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:
    1.53 =1.52 ⋅ 1.5 bzw. 1.54 =1.53 ⋅ 1.5,
    d.h. 1.53 > 1.52, also gilt - 1.53 < - 1.52 und 1.54 > 1.53, also gilt - 1.54 < - 1.53.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(1.5)= - 1,5 4 < -g(1.5)= - 1,5 3 < -f(1.5)= - 1,5 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(-1) = -5 ( -1 ) 2 -5

= -51 -5

= -5 -5

= -10