Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 5 + 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 + 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

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

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

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x ( x -2 ) 2 ( x -1 ) . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = 0, also x ( x -2 ) 2 ( x -1 ) = 0.

x ( x -2 ) 2 ( x -1 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

( x -2 ) 2 ( x -1 ) = 0

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

1. Fall:

( x -2 ) 2 = 0 | 2
x -2 = 0
x -2 = 0 | +2
x2 = 2

2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x3 = 1

An den Stellen x1 = 0, x2 = 1 und x3 = 2 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( x 2 -5 ) 3 +127 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -1.

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Es gilt f(x) = -1, also -2 ( x 2 -5 ) 3 +127 = -1.

-2 ( x 2 -5 ) 3 +127 = -1 | -127
-2 ( x 2 -5 ) 3 = -128 |: ( -2 )
( x 2 -5 ) 3 = 64 | 3
x 2 -5 = 64 3 = 4
x 2 -5 = 4 | +5
x 2 = 9 | 2
x1 = - 9 = -3
x2 = 9 = 3

An den Stellen x1 = -3 und x2 = 3 gilt also f(x)= -1.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 4 +3 x 3 +2x und g(x)= 5 x 3 +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 +3 x 3 +2x = 5 x 3 +2x | - ( 5 x 3 +2x )
x 4 +3 x 3 -5 x 3 +2x -2x = 0
x 4 -2 x 3 = 0
x 3 ( x -2 ) = 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 -2 = 0 | +2
x2 = 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(0) = 5 0 3 +20 = 0 S1(0|0)

g( 2 ) = 5 2 3 +22 = 44 S2( 2 | 44 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 1 3 ) und B(-2| 16 3 ) 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 3 ) und B(-2| 16 3 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 1 3 = a · 1 n
II: 16 3 = a · (-2) n

Aus I ergibt sich ja sofort 1 3 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: 16 3 = 1 3 (-2) n | ⋅ 3

16 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 1 3 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(-1.1), -g(1.1) und h(1.1), 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(-1.1) = ( -1,1 ) 2 > 0
  • -g(1.1) = - 1,1 3 < 0
  • h(1.1) = 1,1 4 > 0
  • Da -g(1.1) der einzige negative Funktionswert ist, muss dieser also der kleinste sein.

    Und weil die anderen beiden Werte positiv sind, schauen wir nur auf die Beträge:

    Dabei gilt f(-1.1) < h(1.1). 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:
    1.14 =1.12 ⋅ 1.1 ⋅ 1.1.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -g(1.1)= - 1,1 3 < f(-1.1)= ( -1,1 ) 2 < h(1.1)= 1,1 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 4 x 3 - x -8 . Berechne den Funktionswert f(1).

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Wir setzen 1 einfach für x in f(x)= 4 x 3 - x -8 ein:

f(1) = 4 1 3 - 1 -8

= 41 -1 -8

= 4 -1 -8

= 3 -8

= -5