Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= - x 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 4 -81 = 0 | +81
- x 4 = 81 |: ( -1 )
x 4 = -81 | 4

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!

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

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 -7 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -3.

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Es gilt f(x) = -3, also x 2 -7 = -3.

x 2 -7 = -3 | +7
x 2 = 4 | 2
x1 = - 4 = -2
x2 = 4 = 2

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( 5 -2x ) 3 +248 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

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Es gilt f(x) = -2, also -2 ( 5 -2x ) 3 +248 = -2.

-2 ( 5 -2x ) 3 +248 = -2
-2 ( -2x +5 ) 3 +248 = -2 | -248
-2 ( -2x +5 ) 3 = -250 |: ( -2 )
( -2x +5 ) 3 = 125 | 3
-2x +5 = 125 3 = 5
-2x +5 = 5 | -5
-2x = 0 |:(-2 )
x = 0

An der Stelle x1 = 0 gilt also f(x)= -2.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 2 -6x -4 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 2 -6x -4 = -5x -4 | +4
x 2 -6x = -5x | +5x
x 2 -6x +5x = 0
x 2 - x = 0
x ( x -1 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x2 = 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(0) = -50 -4 = -4 S1(0| -4 )

g( 1 ) = -51 -4 = -9 S2( 1 | -9 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| - 4 3 ) und B(-2| 128 3 ) 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| - 4 3 ) und B(-2| 128 3 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: - 4 3 = a · 1 n
II: 128 3 = a · (-2) n

Aus I ergibt sich ja sofort - 4 3 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: 128 3 = - 4 3 (-2) n | ⋅ ( - 3 4 )

-32 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=5

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 4 3 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(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 h(0.4) 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(0.4) < -g(0.4). 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, d.h. 0.43 < 0.42, also gilt - 0.43 > - 0.42.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( -2x -5 ) 4 -3 . Berechne den Funktionswert f(-2).

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Wir setzen -2 einfach für x in f(x)= ( -2x -5 ) 4 -3 ein:

f(-2) = ( -2( -2 ) -5 ) 4 -3

= ( 4 -5 ) 4 -3

= ( -1 ) 4 -3

= 1 -3

= -2