Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 3 - x 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 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

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

S1( -1 |0), S2(0|0), S3( 1 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 4 -8x +1 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 1.

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Es gilt f(x) = 1, also x 4 -8x +1 = 1.

x 4 -8x +1 = 1 | -1
x 4 -8x +1 -1 = 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

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - x 4 +18 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 2.

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Es gilt f(x) = 2, also - x 4 +18 = 2.

- x 4 +18 = 2 | -18
- x 4 = -16 |: ( -1 )
x 4 = 16 | 4
x1 = - 16 4 = -2
x2 = 16 4 = 2

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= - x 4 +3x +86 und g(x)= 3x +5 .

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

- x 4 +3x +86 = 3x +5 | -86
- x 4 +3x = 3x -81 | -3x
- x 4 = -81 |: ( -1 )
x 4 = 81 | 4
x1 = - 81 4 = -3
x2 = 81 4 = 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 ) = 3( -3 ) +5 = -4 S1( -3 | -4 )

g( 3 ) = 33 +5 = 14 S2( 3 | 14 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| - 3 4 ) und B(-2|6 ) 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 4 ) und B(-2|6 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: - 3 4 = a · 1 n
II: 6 = a · (-2) n

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

II: 6 = - 3 4 (-2) n | ⋅ ( - 4 3 )

-8 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 3 4 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(-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 f(-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 g(-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 =1.33 ⋅ 1.3, d.h. 1.34 > 1.33, also gilt - 1.34 < - 1.33.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

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

= 21 + 1 +3

= 2 +1 +3

= 3 +3

= 6