Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= - ( x -1 ) 3 -64 mit der x-Achse.

Lösung einblenden

An den Schnittpunkten mit der x-Achse müssen die Funktionswerte null sein, also müssen wir den Funktionsterm =0 setzen:

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

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

S1( -3 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

x 4 -4 x 2 -1 = -1 | +1
x 4 -4 x 2 -1 +1 = 0
x 4 -4 x 2 = 0
x 2 ( x 2 -4 ) = 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 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)= -1.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( -4 -3x ) 3 +10 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 2.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = 2, also - ( -4 -3x ) 3 +10 = 2.

- ( -4 -3x ) 3 +10 = 2
- ( -3x -4 ) 3 +10 = 2 | -10
- ( -3x -4 ) 3 = -8 |: ( -1 )
( -3x -4 ) 3 = 8 | 3
-3x -4 = 8 3 = 2
-3x -4 = 2 | +4
-3x = 6 |:(-3 )
x = -2

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= -3 x 3 +71x -3 und g(x)= -4x -3 .

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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 +71x -3 = -4x -3 | +3
-3 x 3 +71x = -4x | +4x
-3 x 3 +71x +4x = 0
-3 x 3 +75x = 0
3 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 = 17 S1( -5 | 17 )

g(0) = -40 -3 = -3 S2(0| -3 )

g( 5 ) = -45 -3 = -23 S3( 5 | -23 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|1) und B(-2|16 ) auf dem Graphen der Funktion f mit f(x)= a · x n liegen.

Lösung einblenden

Wir setzen einfach die beiden Punkte A(1|1) und B(-2|16 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 1 = a · 1 n
II: 16 = a · (-2) n

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

II: 16 = (-2) n | ⋅ 1

16 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 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(1.5), -g(1.5) und h(1.5), ohne sie wirklich auszurechnen.

Lösung einblenden
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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 h(1.5) 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(1.5) > -g(1.5). 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:
    1.53 =1.52 ⋅ 1.5, d.h. 1.53 > 1.52, also gilt - 1.53 < - 1.52.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -5 x 4 - x 3 +2 . Berechne den Funktionswert f(1).

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Wir setzen 1 einfach für x in f(x)= -5 x 4 - x 3 +2 ein:

f(1) = -5 1 4 - 1 3 +2

= -51 - 1 +2

= -5 -1 +2

= -6 +2

= -4