Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= ( x +3 ) 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 +3 ) 3 -8 = 0 | +8
( x +3 ) 3 = 8 | 3
x +3 = 8 3 = 2
x +3 = 2 | -3
x = -1

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

S1( -1 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x ( x +1 ) ( x +5 ) 2 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

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Es gilt f(x) = 0, also x ( x +1 ) ( x +5 ) 2 = 0.

x ( x +1 ) ( x +5 ) 2 = 0
x ( x +5 ) 2 · ( x +1 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

( x +5 ) 2 · ( x +1 ) = 0

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

1. Fall:

( x +5 ) 2 = 0 | 2
x +5 = 0
x +5 = 0 | -5
x2 = -5

2. Fall:

x +1 = 0 | -1
x3 = -1

An den Stellen x1 = -5 , x2 = -1 und x3 = 0 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( -3 -2x ) 3 -253 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -3.

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Es gilt f(x) = -3, also 2 ( -3 -2x ) 3 -253 = -3.

2 ( -3 -2x ) 3 -253 = -3
2 ( -2x -3 ) 3 -253 = -3 | +253
2 ( -2x -3 ) 3 = 250 |:2
( -2x -3 ) 3 = 125 | 3
-2x -3 = 125 3 = 5
-2x -3 = 5 | +3
-2x = 8 |:(-2 )
x = -4

An der Stelle x1 = -4 gilt also f(x)= -3.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 2 +7x +3 und g(x)= 5x +3 .

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

x 2 +7x +3 = 5x +3 | -3
x 2 +7x = 5x | -5x
x 2 +7x -5x = 0
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

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 ) = 5( -2 ) +3 = -7 S1( -2 | -7 )

g(0) = 50 +3 = 3 S2(0| 3 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

I: 1 = a · 1 n
II: -8 = a · (-2) n

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

II: -8 = (-2) n | ⋅ 1

-8 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 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(-0.5), g(0.5) und h(0.5), 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(-0.5) = - ( -0,5 ) 2 < 0
  • g(0.5) = 0,5 3 > 0
  • h(0.5) = 0,5 4 > 0
  • Da -f(-0.5) der einzige negative Funktionswert ist, muss dieser also der kleinste sein.

    Und weil die anderen beiden Werte positiv sind, schauen wir nur auf die Beträge:

    Dabei gilt g(0.5) > h(0.5). 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:
    0.54 =0.53 ⋅ 0.5.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(-0.5)= - ( -0,5 ) 2 < h(0.5)= 0,5 4 < g(0.5)= 0,5 3 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(1) = 3 1 2 -1

= 31 -1

= 3 -1

= 2