Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= ( x -1 ) 3 +27 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 -1 ) 3 +27 = 0 | -27
( x -1 ) 3 = -27 | 3
x -1 = - 27 3 = -3
x -1 = -3 | +1
x = -2

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

S1( -2 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 5 - x 2 -1 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -1.

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Es gilt f(x) = -1, also x 5 - x 2 -1 = -1.

x 5 - x 2 -1 = -1 | +1
x 5 - x 2 -1 +1 = 0
x 5 - x 2 = 0
x 2 · ( x 3 -1 ) = 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 3 -1 = 0 | +1
x 3 = 1 | 3
x2 = 1 3 = 1

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 4 +20 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 4.

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Es gilt f(x) = 4, also x 4 +20 = 4.

x 4 +20 = 4 | -20
x 4 = -16 | 4

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!

Es gibt also keine Stelle x für die f(x)= 4 gilt.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 3 +5 x 2 +4x +8 und g(x)= 5 x 2 +4x .

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

x 3 +5 x 2 +4x +8 = 5 x 2 +4x | -8 -5 x 2 -4x
x 3 = -8 | 3
x = - 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 ) = 5 ( -2 ) 2 +4( -2 ) = 12 S1( -2 | 12 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 3 2 ) und B(4|24 ) 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| 3 2 ) und B(4|24 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 3 2 = a · 1 n
II: 24 = a · 4 n

Aus I ergibt sich ja sofort 3 2 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: 24 = 3 2 4 n | ⋅ 2 3

16 = 4 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 3 2 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 alle Werte positiv sind, schauen wir nur auf die Beträge:

    Und weil 0.4 < 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:
    0.43 =0.42 ⋅ 0.4 bzw. 0.44 =0.43 ⋅ 0.4.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

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

= ( -1 ) 2 +4

= 1 +4

= 5