Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 4 -8x 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 4 -8x = 0
x ( x 3 -8 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 3 -8 = 0 | +8
x 3 = 8 | 3
x2 = 8 3 = 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 2 -44 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 5.

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Es gilt f(x) = 5, also x 2 -44 = 5.

x 2 -44 = 5 | +44
x 2 = 49 | 2
x1 = - 49 = -7
x2 = 49 = 7

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x -5 ) 4 -19 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -3.

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Es gilt f(x) = -3, also ( x -5 ) 4 -19 = -3.

( x -5 ) 4 -19 = -3 | +19
( x -5 ) 4 = 16 | 4

1. Fall

x -5 = - 16 4 = -2
x -5 = -2 | +5
x1 = 3

2. Fall

x -5 = 16 4 = 2
x -5 = 2 | +5
x2 = 7

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= - x 4 +3 x 2 +11 und g(x)= 3 x 2 -5 .

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

- x 4 +3 x 2 +11 = 3 x 2 -5 | -11
- x 4 +3 x 2 = 3 x 2 -16 | -3 x 2
- x 4 = -16 |: ( -1 )
x 4 = 16 | 4
x1 = - 16 4 = -2
x2 = 16 4 = 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 ) 2 -5 = 7 S1( -2 | 7 )

g( 2 ) = 3 2 2 -5 = 7 S2( 2 | 7 )

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(1.4), g(-1.4) und h(1.4), 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(1.4) = - 1,4 2 < 0
  • g(-1.4) = ( -1,4 ) 3 < 0
  • h(1.4) = 1,4 4 > 0
  • Da h(1.4) 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(1.4) > g(-1.4). 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:
    1.43 =1.42 ⋅ 1.4, d.h. 1.43 > 1.42, also gilt - 1.43 < - 1.42.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    g(-1.4)= ( -1,4 ) 3 < -f(1.4)= - 1,4 2 < h(1.4)= 1,4 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( 3x -7 ) 3 +3 . Berechne den Funktionswert f(2).

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Wir setzen 2 einfach für x in f(x)= -2 ( 3x -7 ) 3 +3 ein:

f(2) = -2 ( 32 -7 ) 3 +3

= -2 ( 6 -7 ) 3 +3

= -2 ( -1 ) 3 +3

= -2( -1 ) +3

= 2 +3

= 5