Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= -2 x 4 +32 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 4 +32 = 0 | -32
-2 x 4 = -32 |: ( -2 )
x 4 = 16 | 4
x1 = - 16 4 = -2
x2 = 16 4 = 2

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

S1( -2 |0), S2( 2 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

( x +4 ) ( x -2 ) 2 = 0
( x -2 ) 2 · ( x +4 ) = 0

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

1. Fall:

( x -2 ) 2 = 0 | 2
x -2 = 0
x -2 = 0 | +2
x1 = 2

2. Fall:

x +4 = 0 | -4
x2 = -4

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( -4 +3x ) 3 +247 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -3.

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Es gilt f(x) = -3, also -2 ( -4 +3x ) 3 +247 = -3.

-2 ( -4 +3x ) 3 +247 = -3
-2 ( 3x -4 ) 3 +247 = -3 | -247
-2 ( 3x -4 ) 3 = -250 |: ( -2 )
( 3x -4 ) 3 = 125 | 3
3x -4 = 125 3 = 5
3x -4 = 5 | +4
3x = 9 |:3
x = 3

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 5 x 3 +5 x 2 -43 und g(x)= 5 x 3 +2 .

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

5 x 3 +5 x 2 -43 = 5 x 3 +2 | +43
5 x 3 +5 x 2 = 5 x 3 +45 | -5 x 3
5 x 2 = 45 |:5
x 2 = 9 | 2
x1 = - 9 = -3
x2 = 9 = 3

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( -3 ) = 5 ( -3 ) 3 +2 = -133 S1( -3 | -133 )

g( 3 ) = 5 3 3 +2 = 137 S2( 3 | 137 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| - 4 3 ) und B(2| - 32 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| - 32 3 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: - 4 3 = a · 1 n
II: - 32 3 = a · 2 n

Aus I ergibt sich ja sofort - 4 3 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: - 32 3 = - 4 3 2 n | ⋅ ( - 3 4 )

8 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 4 3 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(-0.7), g(0.7) und h(0.7), ohne sie wirklich auszurechnen.

Lösung einblenden
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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(-0.7) = ( -0,7 ) 2 > 0
  • g(0.7) = 0,7 3 > 0
  • h(0.7) = 0,7 4 > 0
  • Da alle Werte positiv sind, schauen wir nur auf die Beträge:

    Und weil 0.7 < 1 ist, werden die Werte mit jeder Potenz immer kleiner. 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:
    0.73 =0.72 ⋅ 0.7 bzw. 0.74 =0.73 ⋅ 0.7.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    h(0.7)= 0,7 4 < g(0.7)= 0,7 3 < f(-0.7)= ( -0,7 ) 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(-2) = -3 ( -3( -2 ) -4 ) 3 +1

= -3 ( 6 -4 ) 3 +1

= -3 2 3 +1

= -38 +1

= -24 +1

= -23