Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= -4 x 3 -8 x 2 +96x 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:

-4 x 3 -8 x 2 +96x = 0
-4 x · ( x 2 +2x -24 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 2 +2x -24 = 0

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

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

x2,3 = -2 ± 2 2 -4 · 1 · ( -24 ) 21

x2,3 = -2 ± 4 +96 2

x2,3 = -2 ± 100 2

x2 = -2 + 100 2 = -2 +10 2 = 8 2 = 4

x3 = -2 - 100 2 = -2 -10 2 = -12 2 = -6

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 - ( -24 ) = 1+ 24 = 25

x1,2 = -1 ± 25

x1 = -1 - 5 = -6

x2 = -1 + 5 = 4

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

S1( -6 |0), S2(0|0), S3( 4 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x +1 ) ( x +4 ) 2 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = 0, also ( x +1 ) ( x +4 ) 2 = 0.

( x +1 ) ( x +4 ) 2 = 0
( x +4 ) 2 · ( x +1 ) = 0

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

1. Fall:

( x +4 ) 2 = 0 | 2
x +4 = 0
x +4 = 0 | -4
x1 = -4

2. Fall:

x +1 = 0 | -1
x2 = -1

An den Stellen x1 = -4 und x2 = -1 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - x 4 +11 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -5.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = -5, also - x 4 +11 = -5.

- x 4 +11 = -5 | -11
- x 4 = -16 |: ( -1 )
x 4 = 16 | 4
x1 = - 16 4 = -2
x2 = 16 4 = 2

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= -2 x 4 -4x +159 und g(x)= -4x -3 .

Lösung einblenden

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

-2 x 4 -4x +159 = -4x -3 | -159
-2 x 4 -4x = -4x -162 | +4x
-2 x 4 = -162 |: ( -2 )
x 4 = 81 | 4
x1 = - 81 4 = -3
x2 = 81 4 = 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 ) = -4( -3 ) -3 = 9 S1( -3 | 9 )

g( 3 ) = -43 -3 = -15 S2( 3 | -15 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| - 2 3 ) und B(2| - 16 3 ) 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 3 ) und B(2| - 16 3 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: - 2 3 = a · 1 n
II: - 16 3 = a · 2 n

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

II: - 16 3 = - 2 3 2 n | ⋅ ( - 3 2 )

8 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 2 3 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(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 f(0.5) 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 -g(0.5) < -h(-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:
    0.54 =0.53 ⋅ 0.5, d.h. 0.54 < 0.53, also gilt - 0.54 > - 0.53.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -4 x 4 + x -7 . Berechne den Funktionswert f(1).

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Wir setzen 1 einfach für x in f(x)= -4 x 4 + x -7 ein:

f(1) = -4 1 4 +1 -7

= -41 +1 -7

= -4 +1 -7

= -3 -7

= -10