Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= - ( x 2 -34 ) 3 +8 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 -34 ) 3 +8 = 0 | -8
- ( x 2 -34 ) 3 = -8 |: ( -1 )
( x 2 -34 ) 3 = 8 | 3
x 2 -34 = 8 3 = 2
x 2 -34 = 2 | +34
x 2 = 36 | 2
x1 = - 36 = -6
x2 = 36 = 6

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

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

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 -2x -32 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 3.

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Es gilt f(x) = 3, also x 2 -2x -32 = 3.

x 2 -2x -32 = 3 | -3

x 2 -2x -35 = 0

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

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

x1,2 = +2 ± ( -2 ) 2 -4 · 1 · ( -35 ) 21

x1,2 = +2 ± 4 +140 2

x1,2 = +2 ± 144 2

x1 = 2 + 144 2 = 2 +12 2 = 14 2 = 7

x2 = 2 - 144 2 = 2 -12 2 = -10 2 = -5

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 - ( -35 ) = 1+ 35 = 36

x1,2 = 1 ± 36

x1 = 1 - 6 = -5

x2 = 1 + 6 = 7

An den Stellen x1 = -5 und x2 = 7 gilt also f(x)= 3.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 4 +77 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -4.

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Es gilt f(x) = -4, also x 4 +77 = -4.

x 4 +77 = -4 | -77
x 4 = -81 | 4

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!

Es gibt also keine Stelle x für die f(x)= -4 gilt.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 2 x 3 +3x +16 und g(x)= 4 x 3 +3x .

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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 +16 = 4 x 3 +3x | -16 -4 x 3 -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 ) = 4 2 3 +32 = 38 S1( 2 | 38 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

I: 4 = a · 1 n
II: 64 = a · (-4) n

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

II: 64 = 4 (-4) n | ⋅ 1 4

16 = (-4) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 4 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(0.9), -g(-0.9) und h(0.9), 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(0.9) = 0,9 2 > 0
  • -g(-0.9) = - ( -0,9 ) 3 > 0
  • h(0.9) = 0,9 4 > 0
  • Da alle Werte positiv sind, schauen wir nur auf die Beträge:

    Und weil 0.9 < 1 ist, werden die 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:
    0.93 =0.92 ⋅ 0.9 bzw. 0.94 =0.93 ⋅ 0.9.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    h(0.9)= 0,9 4 < -g(-0.9)= - ( -0,9 ) 3 < f(0.9)= 0,9 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 5 +5x +9 . Berechne den Funktionswert f(-2).

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Wir setzen -2 einfach für x in f(x)= x 5 +5x +9 ein:

f(-2) = ( -2 ) 5 +5( -2 ) +9

= ( -32 ) -10 +9

= -33