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 | 4
x1 = - 81 4 = -3
x2 = 81 4 = 3

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

S1( -3 |0), S2( 3 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 -4x -7 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 5.

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Es gilt f(x) = 5, also x 2 -4x -7 = 5.

x 2 -4x -7 = 5 | -5

x 2 -4x -12 = 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 · ( -12 ) 21

x1,2 = +4 ± 16 +48 2

x1,2 = +4 ± 64 2

x1 = 4 + 64 2 = 4 +8 2 = 12 2 = 6

x2 = 4 - 64 2 = 4 -8 2 = -4 2 = -2

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 - ( -12 ) = 4+ 12 = 16

x1,2 = 2 ± 16

x1 = 2 - 4 = -2

x2 = 2 + 4 = 6

An den Stellen x1 = -2 und x2 = 6 gilt also f(x)= 5.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( x -5 ) 3 -127 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 1.

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Es gilt f(x) = 1, also -2 ( x -5 ) 3 -127 = 1.

-2 ( x -5 ) 3 -127 = 1 | +127
-2 ( x -5 ) 3 = 128 |: ( -2 )
( x -5 ) 3 = -64 | 3
x -5 = - 64 3 = -4
x -5 = -4 | +5
x = 1

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 3 x 3 +3 x 2 +25x und g(x)= 4 x 3 +3 x 2 .

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

3 x 3 +3 x 2 +25x = 4 x 3 +3 x 2 | - ( 4 x 3 +3 x 2 )
3 x 3 -4 x 3 +3 x 2 -3 x 2 +25x = 0
- x 3 +25x = 0
x ( - x 2 +25 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

- x 2 +25 = 0 | -25
- x 2 = -25 |: ( -1 )
x 2 = 25 | 2
x2 = - 25 = -5
x3 = 25 = 5

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( -5 ) = 4 ( -5 ) 3 +3 ( -5 ) 2 = -425 S1( -5 | -425 )

g(0) = 4 0 3 +3 0 2 = 0 S2(0|0)

g( 5 ) = 4 5 3 +3 5 2 = 575 S3( 5 | 575 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

I: -2 = a · 1 n
II: -32 = a · (-2) n

Aus I ergibt sich ja sofort -2 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: -32 = -2 (-2) n | ⋅ ( - 1 2 )

16 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= -2 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(-0.7), g(0.7) und h(0.7), 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(-0.7) = ( -0,7 ) 2 > 0
  • g(0.7) = 0,7 3 > 0
  • h(0.7) = 0,7 4 > 0
  • Da alle Werte positiv sind, schauen wir nur auf die Beträge:

    Und weil 0.7 < 1 ist, werden die Werte mit jeder Potenz immer kleiner. 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:
    0.73 =0.72 ⋅ 0.7 bzw. 0.74 =0.73 ⋅ 0.7.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    h(0.7)= 0,7 4 < g(0.7)= 0,7 3 < f(-0.7)= ( -0,7 ) 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( -x +3 ) 4 -2 . Berechne den Funktionswert f(1).

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Wir setzen 1 einfach für x in f(x)= ( -x +3 ) 4 -2 ein:

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

= 2 4 -2

= 16 -2

= 14