Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 2 -2x 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:

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

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x -2 = 0 | +2
x2 = 2

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

S1(0|0), S2( 2 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

x 3 +2 x 2 +2 = 2 | -2
x 3 +2 x 2 +2 -2 = 0
x 3 +2 x 2 = 0
x 2 ( x +2 ) = 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 = 0 | -2
x2 = -2

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( x +1 ) 3 -247 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 3.

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Es gilt f(x) = 3, also -2 ( x +1 ) 3 -247 = 3.

-2 ( x +1 ) 3 -247 = 3 | +247
-2 ( x +1 ) 3 = 250 |: ( -2 )
( x +1 ) 3 = -125 | 3
x +1 = - 125 3 = -5
x +1 = -5 | -1
x = -6

An der Stelle x1 = -6 gilt also f(x)= 3.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 4 -6x +2 und g(x)= -5x +2 .

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

x 4 -6x +2 = -5x +2 | -2
x 4 -6x = -5x | +5x
x 4 -6x +5x = 0
x 4 - x = 0
x ( x 3 -1 ) = 0

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

1. Fall:

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) = -50 +2 = 2 S1(0| 2 )

g( 1 ) = -51 +2 = -3 S2( 1 | -3 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| - 1 3 ) und B(-2| 8 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| - 1 3 ) und B(-2| 8 3 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: - 1 3 = a · 1 n
II: 8 3 = a · (-2) n

Aus I ergibt sich ja sofort - 1 3 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: 8 3 = - 1 3 (-2) n | ⋅ ( -3 )

-8 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 1 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(1.1), g(-1.1) und -h(-1.1), 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(1.1) = 1,1 2 > 0
  • g(-1.1) = ( -1,1 ) 3 < 0
  • -h(-1.1) = - ( -1,1 ) 4 < 0
  • Da f(1.1) 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(-1.1) > -h(-1.1). 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:
    1.14 =1.13 ⋅ 1.1, d.h. 1.14 > 1.13, also gilt - 1.14 < - 1.13.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(-1.1)= - ( -1,1 ) 4 < g(-1.1)= ( -1,1 ) 3 < f(1.1)= 1,1 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

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

= 2( -8 ) +5

= -16 +5

= -11