Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 4 -5 x 3 -14 x 2 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 4 -5 x 3 -14 x 2 = 0
x 2 ( x 2 -5x -14 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 = 0 | 2
x1 = 0

2. Fall:

x 2 -5x -14 = 0

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

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

x2,3 = +5 ± ( -5 ) 2 -4 · 1 · ( -14 ) 21

x2,3 = +5 ± 25 +56 2

x2,3 = +5 ± 81 2

x2 = 5 + 81 2 = 5 +9 2 = 14 2 = 7

x3 = 5 - 81 2 = 5 -9 2 = -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 = ( - 5 2 ) 2 - ( -14 ) = 25 4 + 14 = 25 4 + 56 4 = 81 4

x1,2 = 5 2 ± 81 4

x1 = 5 2 - 9 2 = - 4 2 = -2

x2 = 5 2 + 9 2 = 14 2 = 7

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

S1( -2 |0), S2(0|0), S3( 7 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x ( x -5 ) ( x -4 ) . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

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Es gilt f(x) = 0, also x ( x -5 ) ( x -4 ) = 0.

x ( x -5 ) ( x -4 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

( x -5 ) ( x -4 ) = 0

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

1. Fall:

x -5 = 0 | +5
x2 = 5

2. Fall:

x -4 = 0 | +4
x3 = 4

An den Stellen x1 = 0, x2 = 4 und x3 = 5 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( x +4 ) 3 +124 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -4.

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Es gilt f(x) = -4, also -2 ( x +4 ) 3 +124 = -4.

-2 ( x +4 ) 3 +124 = -4 | -124
-2 ( x +4 ) 3 = -128 |: ( -2 )
( x +4 ) 3 = 64 | 3
x +4 = 64 3 = 4
x +4 = 4 | -4
x = 0

An der Stelle x1 = 0 gilt also f(x)= -4.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

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

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

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 2 -1 = 0 | +1
x 2 = 1 | 2
x2 = - 1 = -1
x3 = 1 = 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( -1 ) = - ( -1 ) 2 -3 = -4 S1( -1 | -4 )

g(0) = - 0 2 -3 = -3 S2(0| -3 )

g( 1 ) = - 1 2 -3 = -4 S3( 1 | -4 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

I: 1 = a · 1 n
II: 4 = a · 2 n

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

II: 4 = 2 n | ⋅ 1

4 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 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 f(-1.2) 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 -g(1.2) > -h(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:
    1.24 =1.23 ⋅ 1.2, d.h. 1.24 > 1.23, also gilt - 1.24 < - 1.23.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(-2) = -2 ( -2 ) 2 +2( -2 ) -2

= -24 -4 -2

= -8 -4 -2

= -12 -2

= -14