Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= 5 x 5 +15 x 4 -140 x 3 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:

5 x 5 +15 x 4 -140 x 3 = 0
5 x 3 ( x 2 +3x -28 ) = 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 2 +3x -28 = 0

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

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

x2,3 = -3 ± 3 2 -4 · 1 · ( -28 ) 21

x2,3 = -3 ± 9 +112 2

x2,3 = -3 ± 121 2

x2 = -3 + 121 2 = -3 +11 2 = 8 2 = 4

x3 = -3 - 121 2 = -3 -11 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 = ( 3 2 ) 2 - ( -28 ) = 9 4 + 28 = 9 4 + 112 4 = 121 4

x1,2 = - 3 2 ± 121 4

x1 = - 3 2 - 11 2 = - 14 2 = -7

x2 = - 3 2 + 11 2 = 8 2 = 4

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

S1( -7 |0), S2(0|0), S3( 4 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 -6 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -5.

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Es gilt f(x) = -5, also x 2 -6 = -5.

x 2 -6 = -5 | +6
x 2 = 1 | 2
x1 = - 1 = -1
x2 = 1 = 1

An den Stellen x1 = -1 und x2 = 1 gilt also f(x)= -5.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( 5 +2x ) 3 -30 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -3.

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Es gilt f(x) = -3, also ( 5 +2x ) 3 -30 = -3.

( 5 +2x ) 3 -30 = -3
( 2x +5 ) 3 -30 = -3 | +30
( 2x +5 ) 3 = 27 | 3
2x +5 = 27 3 = 3
2x +5 = 3 | -5
2x = -2 |:2
x = -1

An der Stelle x1 = -1 gilt also f(x)= -3.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= - x 3 -24 und g(x)= -2 x 3 +3 .

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

- x 3 -24 = -2 x 3 +3 | +24
- x 3 = -2 x 3 +27 | +2 x 3
x 3 = 27 | 3
x = 27 3 = 3

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( 3 ) = -2 3 3 +3 = -51 S1( 3 | -51 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 3 2 ) und B(2|6 ) 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| 3 2 ) und B(2|6 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 3 2 = a · 1 n
II: 6 = a · 2 n

Aus I ergibt sich ja sofort 3 2 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: 6 = 3 2 2 n | ⋅ 2 3

4 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 3 2 x 2

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.

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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 -g(-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) > -h(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:
    1.54 =1.52 ⋅ 1.5 ⋅ 1.5, d.h. 1.54 > 1.52, also gilt - 1.54 < - 1.52.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(1) = 1 5 +4

= 1 +4

= 5