Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= -2 ( x +3 ) 3 +54 mit der x-Achse.

Lösung einblenden

An den Schnittpunkten mit der x-Achse müssen die Funktionswerte null sein, also müssen wir den Funktionsterm =0 setzen:

-2 ( x +3 ) 3 +54 = 0 | -54
-2 ( x +3 ) 3 = -54 |: ( -2 )
( x +3 ) 3 = 27 | ⋅3
x +3 = 27 3 = 3
x +3 = 3 | -3
x = 0

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

S1(0|0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 6 + x 3 +2 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 2.

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Es gilt f(x) = 2, also x 6 + x 3 +2 = 2.

x 6 + x 3 +2 = 2 | -2
x 6 + x 3 +2 -2 = 0
x 6 + x 3 = 0
x 3 · ( x 3 +1 ) = 0

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

1. Fall:

x 3 = 0 | ⋅3
x1 = 0

2. Fall:

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

An den Stellen x1 = -1 und x2 = 0 gilt also f(x)= 2.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

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

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

( x -4 ) 3 -4 = 4 | +4
( x -4 ) 3 = 8 | ⋅3
x -4 = 8 3 = 2
x -4 = 2 | +4
x = 6

An der Stelle x1 = 6 gilt also f(x)= 4.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 4 - x 3 -3 x 2 +8x und g(x)= - x 3 -3 x 2 .

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

x 4 - x 3 -3 x 2 +8x = - x 3 -3 x 2 | - ( - x 3 -3 x 2 )
x 4 - x 3 + x 3 -3 x 2 +3 x 2 +8x = 0
x 4 +8x = 0
x · ( x 3 +8 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 3 +8 = 0 | -8
x 3 = -8 | ⋅3
x2 = - 8 3 = -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 ) = - ( -2 ) 3 -3⋅ ( -2 ) 2 = -4 ⇒ S1( -2 | -4 )

g(0) = - 0 3 -3⋅ 0 2 = 0 ⇒ S2(0|0)

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

I: - 1 2 = a · 1 n
II: 4 = a · (-2) n

Aus I ergibt sich ja sofort - 1 2 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: 4 = - 1 2 ⋅ (-2) n | ⋅ ( -2 )

-8 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 1 2 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.

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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 g(0.7) 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 -f(-0.7) < -h(-0.7). 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:
    0.74 =0.72 ⋅ 0.7 ⋅ 0.7, d.h. 0.74 < 0.72, also gilt - 0.74 > - 0.72.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -5 x 2 +3x +6 . Berechne den Funktionswert f(-1).

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Wir setzen -1 einfach für x in f(x)= -5 x 2 +3x +6 ein:

f(-1) = -5⋅ ( -1 ) 2 +3⋅( -1 ) +6

= -5⋅1 -3 +6

= -5 -3 +6

= -8 +6

= -2