Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= 2 x 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 3 -54 = 0 | +54
2 x 3 = 54 |:2
x 3 = 27 | 3
x = 27 3 = 3

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

S1( 3 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

x 2 -2x +4 = 4 | -4
x 2 -2x +4 -4 = 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

An den Stellen x1 = 0 und x2 = 2 gilt also f(x)= 4.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( -8 +3x ) 3 +7 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -1.

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Es gilt f(x) = -1, also ( -8 +3x ) 3 +7 = -1.

( -8 +3x ) 3 +7 = -1
( 3x -8 ) 3 +7 = -1 | -7
( 3x -8 ) 3 = -8 | 3
3x -8 = - 8 3 = -2
3x -8 = -2 | +8
3x = 6 |:3
x = 2

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 4 +2x +1 und g(x)= 3x +1 .

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

x 4 +2x +1 = 3x +1 | -1
x 4 +2x = 3x | -3x
x 4 +2x -3x = 0
x 4 - x = 0
x · ( x 3 -1 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 3 -1 = 0 | +1
x 3 = 1 | 3
x2 = 1 3 = 1

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(0) = 30 +1 = 1 S1(0| 1 )

g( 1 ) = 31 +1 = 4 S2( 1 | 4 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

I: 1 4 = a · 1 n
II: 4 = a · 4 n

Aus I ergibt sich ja sofort 1 4 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: 4 = 1 4 4 n | ⋅ 4

16 = 4 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 1 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(1.2), -g(-1.2) und -h(-1.2), 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(1.2) = 1,2 2 > 0
  • -g(-1.2) = - ( -1,2 ) 3 > 0
  • -h(-1.2) = - ( -1,2 ) 4 < 0
  • Da -h(-1.2) 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 f(1.2) < -g(-1.2). 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:
    1.23 =1.22 ⋅ 1.2.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(-1.2)= - ( -1,2 ) 4 < f(1.2)= 1,2 2 < -g(-1.2)= - ( -1,2 ) 3 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 x 5 +5 . Berechne den Funktionswert f(-1).

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Wir setzen -1 einfach für x in f(x)= -2 x 5 +5 ein:

f(-1) = -2 ( -1 ) 5 +5

= -2( -1 ) +5

= 2 +5

= 7