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( -2 |0), S2(0|0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

x ( x +1 ) 2 · ( x +4 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

( x +1 ) 2 · ( x +4 ) = 0

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

1. Fall:

( x +1 ) 2 = 0 | ⋅2
x +1 = 0
x +1 = 0 | -1
x2 = -1

2. Fall:

x +4 = 0 | -4
x3 = -4

An den Stellen x1 = -4 , x2 = -1 und x3 = 0 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( x -4 ) 3 +6 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

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Es gilt f(x) = -2, also - ( x -4 ) 3 +6 = -2.

- ( x -4 ) 3 +6 = -2 | -6
- ( x -4 ) 3 = -8 |: ( -1 )
( x -4 ) 3 = 8 | ⋅3
x -4 = 8 3 = 2
x -4 = 2 | +4
x = 6

An der Stelle x1 = 6 gilt also f(x)= -2.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 2 x 4 -2x +158 und g(x)= -2x -4 .

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

2 x 4 -2x +158 = -2x -4 | -158
2 x 4 -2x = -2x -162 | +2x
2 x 4 = -162 |:2
x 4 = -81 | ⋅4

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!

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).

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(1.5), -g(1.5) und h(1.5), 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(1.5) = - 1,5 2 < 0
  • -g(1.5) = - 1,5 3 < 0
  • h(1.5) = 1,5 4 > 0
  • Da h(1.5) 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 -f(1.5) > -g(1.5). 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:
    1.53 =1.52 ⋅ 1.5, d.h. 1.53 > 1.52, also gilt - 1.53 < - 1.52.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -g(1.5)= - 1,5 3 < -f(1.5)= - 1,5 2 < h(1.5)= 1,5 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 x 4 +3 x 3 +9 . Berechne den Funktionswert f(1).

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Wir setzen 1 einfach für x in f(x)= -2 x 4 +3 x 3 +9 ein:

f(1) = -2⋅ 1 4 +3⋅ 1 3 +9

= -2⋅1 +3⋅1 +9

= -2 +3 +9

= 1 +9

= 10