Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= -2 ( x -2 ) 3 -54 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:

-2 ( x -2 ) 3 -54 = 0 | +54
-2 ( x -2 ) 3 = 54 |: ( -2 )
( x -2 ) 3 = -27 | 3
x -2 = - 27 3 = -3
x -2 = -3 | +2
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 2 -4x +3 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -1.

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Es gilt f(x) = -1, also x 2 -4x +3 = -1.

x 2 -4x +3 = -1 | +1

x 2 -4x +4 = 0

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

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

x1,2 = +4 ± ( -4 ) 2 -4 · 1 · 4 21

x1,2 = +4 ± 16 -16 2

x1,2 = +4 ± 0 2

Da die Wurzel Null ist, gibt es nur eine Lösung:

x = 4 2 = 2

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 = ( -2 ) 2 - 4 = 4 - 4 = 0

Da die Diskriminante D = 0 ist, hat die quadratische Gleichung nur eine Lösunng.

x = 2 ± 0 = 2

An der Stelle x1 = 2 gilt also f(x)= -1.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( x 2 -18 ) 3 -20 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -4.

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Es gilt f(x) = -4, also -2 ( x 2 -18 ) 3 -20 = -4.

-2 ( x 2 -18 ) 3 -20 = -4 | +20
-2 ( x 2 -18 ) 3 = 16 |: ( -2 )
( x 2 -18 ) 3 = -8 | 3
x 2 -18 = - 8 3 = -2
x 2 -18 = -2 | +18
x 2 = 16 | 2
x1 = - 16 = -4
x2 = 16 = 4

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 2 x 4 +3 x 3 -4 x 2 -32 und g(x)= 3 x 3 -4 x 2 .

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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 +3 x 3 -4 x 2 -32 = 3 x 3 -4 x 2 | +32 -3 x 3 +4 x 2
2 x 4 = 32 |:2
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 ) 3 -4 ( -2 ) 2 = -40 S1( -2 | -40 )

g( 2 ) = 3 2 3 -4 2 2 = 8 S2( 2 | 8 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| - 1 3 ) und B(-4| - 16 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(-4| - 16 3 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: - 1 3 = a · 1 n
II: - 16 3 = a · (-4) n

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

II: - 16 3 = - 1 3 (-4) n | ⋅ ( -3 )

16 = (-4) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 1 3 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(0.4), -g(-0.4) und h(-0.4), 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(0.4) = - 0,4 2 < 0
  • -g(-0.4) = - ( -0,4 ) 3 > 0
  • h(-0.4) = ( -0,4 ) 4 > 0
  • Da -f(0.4) 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(-0.4) > h(-0.4). 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:
    0.44 =0.43 ⋅ 0.4.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(0.4)= - 0,4 2 < h(-0.4)= ( -0,4 ) 4 < -g(-0.4)= - ( -0,4 ) 3 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 3 ( -2x +6 ) 3 -4 . Berechne den Funktionswert f(2).

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Wir setzen 2 einfach für x in f(x)= 3 ( -2x +6 ) 3 -4 ein:

f(2) = 3 ( -22 +6 ) 3 -4

= 3 ( -4 +6 ) 3 -4

= 3 2 3 -4

= 38 -4

= 24 -4

= 20