Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= 2 x 3 +54 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 +54 = 0 | -54
2 x 3 = -54 |:2
x 3 = -27 | 3
x = - 27 3 = -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 -2 ) ( x -3 ) 2 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

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Es gilt f(x) = 0, also ( x -2 ) ( x -3 ) 2 = 0.

( x -2 ) ( x -3 ) 2 = 0
( x -3 ) 2 ( x -2 ) = 0

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

1. Fall:

( x -3 ) 2 = 0 | 2
x -3 = 0
x -3 = 0 | +3
x1 = 3

2. Fall:

x -2 = 0 | +2
x2 = 2

An den Stellen x1 = 2 und x2 = 3 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x -3 ) 3 +26 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -1.

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Es gilt f(x) = -1, also ( x -3 ) 3 +26 = -1.

( x -3 ) 3 +26 = -1 | -26
( x -3 ) 3 = -27 | 3
x -3 = - 27 3 = -3
x -3 = -3 | +3
x = 0

An der Stelle x1 = 0 gilt also f(x)= -1.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 2 x 3 +3x +13 und g(x)= 3x -3 .

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

2 x 3 +3x +13 = 3x -3 | -13
2 x 3 +3x = 3x -16 | -3x
2 x 3 = -16 |:2
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 ) = 3( -2 ) -3 = -9 S1( -2 | -9 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 4 3 ) und B(2| 64 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| 4 3 ) und B(2| 64 3 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 4 3 = a · 1 n
II: 64 3 = a · 2 n

Aus I ergibt sich ja sofort 4 3 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: 64 3 = 4 3 2 n | ⋅ 3 4

16 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 4 3 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(-0.3), g(-0.3) und -h(-0.3), 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(-0.3) = - ( -0,3 ) 2 < 0
  • g(-0.3) = ( -0,3 ) 3 < 0
  • -h(-0.3) = - ( -0,3 ) 4 < 0
  • Da alle Werte negativ sind, schauen wir zunächst nur auf die Beträge:

    Und weil 0.3 < 1 ist, werden die Betrags-Werte mit jeder Potenz immer kleiner. 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:
    0.33 =0.32 ⋅ 0.3 bzw. 0.34 =0.33 ⋅ 0.3,
    d.h. 0.33 < 0.32, also gilt - 0.33 > - 0.32 und 0.34 < 0.33, also gilt - 0.34 > - 0.33.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(-0.3)= - ( -0,3 ) 2 < g(-0.3)= ( -0,3 ) 3 < -h(-0.3)= - ( -0,3 ) 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

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

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

= -3 ( -1 ) 2 -4

= -31 -4

= -3 -4

= -7