Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 5 -8 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 5 -8 x 2 = 0
x 2 · ( x 3 -8 ) = 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 -8 = 0 | +8
x 3 = 8 | 3
x2 = 8 3 = 2

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

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

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

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

An den Stellen x1 = -2 , x2 = 0 und x3 = 2 gilt also f(x)= -3.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( x -5 ) 3 -29 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

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Es gilt f(x) = -2, also - ( x -5 ) 3 -29 = -2.

- ( x -5 ) 3 -29 = -2 | +29
- ( x -5 ) 3 = 27 |: ( -1 )
( x -5 ) 3 = -27 | 3
x -5 = - 27 3 = -3
x -5 = -3 | +5
x = 2

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 4 +5 x 2 -2x -16 und g(x)= 5 x 2 -2x .

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

x 4 +5 x 2 -2x -16 = 5 x 2 -2x | +16 -5 x 2 +2x
x 4 = 16 | 4
x1 = - 16 4 = -2
x2 = 16 4 = 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 -2( -2 ) = 24 S1( -2 | 24 )

g( 2 ) = 5 2 2 -22 = 16 S2( 2 | 16 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|1) und B(-2|16 ) 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|16 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 1 = a · 1 n
II: 16 = a · (-2) n

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

II: 16 = (-2) n | ⋅ 1

16 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= x 4

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(-1.3), g(1.3) und -h(1.3), 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(-1.3) = - ( -1,3 ) 2 < 0
  • g(1.3) = 1,3 3 > 0
  • -h(1.3) = - 1,3 4 < 0
  • Da g(1.3) 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(-1.3) > -h(1.3). 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:
    1.34 =1.32 ⋅ 1.3 ⋅ 1.3, d.h. 1.34 > 1.32, also gilt - 1.34 < - 1.32.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(1.3)= - 1,3 4 < -f(-1.3)= - ( -1,3 ) 2 < g(1.3)= 1,3 3 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( -3x -8 ) 2 -2 . Berechne den Funktionswert f(-2).

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Wir setzen -2 einfach für x in f(x)= 2 ( -3x -8 ) 2 -2 ein:

f(-2) = 2 ( -3( -2 ) -8 ) 2 -2

= 2 ( 6 -8 ) 2 -2

= 2 ( -2 ) 2 -2

= 24 -2

= 8 -2

= 6