Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= 2 x 3 -250 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 3 -250 = 0 | +250
2 x 3 = 250 |:2
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 ( x +3 ) · ( x -3 ) . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

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Es gilt f(x) = 0, also x ( x +3 ) · ( x -3 ) = 0.

x ( x +3 ) · ( x -3 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

( x +3 ) · ( x -3 ) = 0

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

1. Fall:

x +3 = 0 | -3
x2 = -3

2. Fall:

x -3 = 0 | +3
x3 = 3

An den Stellen x1 = -3 , x2 = 0 und x3 = 3 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 x 4 +36 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 4.

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Es gilt f(x) = 4, also -2 x 4 +36 = 4.

-2 x 4 +36 = 4 | -36
-2 x 4 = -32 |: ( -2 )
x 4 = 16 | 4
x1 = - 16 4 = -2
x2 = 16 4 = 2

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 6 + x 3 -4x und g(x)= 2 x 3 -4x .

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

x 6 + x 3 -4x = 2 x 3 -4x | - ( 2 x 3 -4x )
x 6 + x 3 -2 x 3 -4x +4x = 0
x 6 - x 3 = 0
x 3 · ( x 3 -1 ) = 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 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(0) = 2 0 3 -40 = 0 S1(0|0)

g( 1 ) = 2 1 3 -41 = -2 S2( 1 | -2 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 1 2 ) und B(2|8 ) 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 2 ) und B(2|8 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 1 2 = a · 1 n
II: 8 = a · 2 n

Aus I ergibt sich ja sofort 1 2 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: 8 = 1 2 2 n | ⋅ 2

16 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 1 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(-0.5), g(0.5) und -h(0.5), 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(-0.5) = ( -0,5 ) 2 > 0
  • g(0.5) = 0,5 3 > 0
  • -h(0.5) = - 0,5 4 < 0
  • Da -h(0.5) 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(-0.5) > g(0.5). 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:
    0.53 =0.52 ⋅ 0.5.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(0.5)= - 0,5 4 < g(0.5)= 0,5 3 < f(-0.5)= ( -0,5 ) 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

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

= - ( 2 -3 ) 3 -4

= - ( -1 ) 3 -4

= -( -1 ) -4

= 1 -4

= -3