Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= - x 3 -125 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 3 -125 = 0 | +125
- x 3 = 125 |: ( -1 )
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 + x -43 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -1.

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Es gilt f(x) = -1, also x 2 + x -43 = -1.

x 2 + x -43 = -1 | +1

x 2 + x -42 = 0

Lösen mit der a-b-c-Formel (Mitternachtsformel):

eingesetzt in x1,2 = - b ± b 2 -4a · c 2a ergibt:

x1,2 = -1 ± 1 2 -4 · 1 · ( -42 ) 21

x1,2 = -1 ± 1 +168 2

x1,2 = -1 ± 169 2

x1 = -1 + 169 2 = -1 +13 2 = 12 2 = 6

x2 = -1 - 169 2 = -1 -13 2 = -14 2 = -7

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 = ( 1 2 ) 2 - ( -42 ) = 1 4 + 42 = 1 4 + 168 4 = 169 4

x1,2 = - 1 2 ± 169 4

x1 = - 1 2 - 13 2 = - 14 2 = -7

x2 = - 1 2 + 13 2 = 12 2 = 6

An den Stellen x1 = -7 und x2 = 6 gilt also f(x)= -1.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

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

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

2 ( x -2 ) 3 -127 = 1 | +127
2 ( x -2 ) 3 = 128 |:2
( x -2 ) 3 = 64 | 3
x -2 = 64 3 = 4
x -2 = 4 | +2
x = 6

An der Stelle x1 = 6 gilt also f(x)= 1.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 3 x 3 -5x -8 und g(x)= 4 x 3 -5x .

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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 -5x -8 = 4 x 3 -5x | +8 -4 x 3 +5x
- x 3 = 8 |: ( -1 )
x 3 = -8 | 3
x = - 8 3 = -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 ) = 4 ( -2 ) 3 -5( -2 ) = -22 S1( -2 | -22 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|4) 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|4) und B(2|32 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 4 = a · 1 n
II: 32 = a · 2 n

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

II: 32 = 4 2 n | ⋅ 1 4

8 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 4 x 3

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(-1.4), g(-1.4) und h(-1.4), 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(-1.4) = ( -1,4 ) 2 > 0
  • g(-1.4) = ( -1,4 ) 3 < 0
  • h(-1.4) = ( -1,4 ) 4 > 0
  • Da g(-1.4) der einzige negative Funktionswert ist, muss dieser also der kleinste sein.

    Und weil die anderen beiden Werte positiv sind, schauen wir nur auf die Beträge:

    Dabei gilt f(-1.4) < h(-1.4). 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:
    1.44 =1.42 ⋅ 1.4 ⋅ 1.4.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    g(-1.4)= ( -1,4 ) 3 < f(-1.4)= ( -1,4 ) 2 < h(-1.4)= ( -1,4 ) 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -3 x 5 +4 x 3 -1 . Berechne den Funktionswert f(1).

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Wir setzen 1 einfach für x in f(x)= -3 x 5 +4 x 3 -1 ein:

f(1) = -3 1 5 +4 1 3 -1

= -31 +41 -1

= -3 +4 -1

= 1 -1

= 0