Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 4 -16 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 4 -16 = 0 | +16
x 4 = 16 | 4
x1 = - 16 4 = -2
x2 = 16 4 = 2

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

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

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x ( x +4 ) 2 ( x -3 ) 2 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

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Es gilt f(x) = 0, also x ( x +4 ) 2 ( x -3 ) 2 = 0.

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

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

1. Fall:

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

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

1. Fall:

x +4 = 0 | -4
x1 = -4

2. Fall:

x -3 = 0 | +3
x2 = 3

2. Fall:

x3 = 0

An den Stellen x1 = -4 , x2 = 0 und x3 = 3 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x -3 ) 4 -80 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 1.

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Es gilt f(x) = 1, also ( x -3 ) 4 -80 = 1.

( x -3 ) 4 -80 = 1 | +80
( x -3 ) 4 = 81 | 4

1. Fall

x -3 = - 81 4 = -3
x -3 = -3 | +3
x1 = 0

2. Fall

x -3 = 81 4 = 3
x -3 = 3 | +3
x2 = 6

An den Stellen x1 = 0 und x2 = 6 gilt also f(x)= 1.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 6 +8 x 3 - x 2 +4x und g(x)= - 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 6 +8 x 3 - x 2 +4x = - x 2 +4x | - ( - x 2 +4x )
x 6 +8 x 3 - x 2 + x 2 +4x -4x = 0
x 6 +8 x 3 = 0
x 3 · ( x 3 +8 ) = 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 +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 ) 2 +4( -2 ) = -12 S1( -2 | -12 )

g(0) = - 0 2 +40 = 0 S2(0|0)

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 3 2 ) und B(2|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(2|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 · 2 n

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

II: 24 = 3 2 2 n | ⋅ 2 3

16 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 3 2 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(-1.4), g(-1.4) und -h(-1.4), 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(-1.4) = ( -1,4 ) 2 > 0
  • g(-1.4) = ( -1,4 ) 3 < 0
  • -h(-1.4) = - ( -1,4 ) 4 < 0
  • Da f(-1.4) 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(-1.4) > -h(-1.4). 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:
    1.44 =1.43 ⋅ 1.4, d.h. 1.44 > 1.43, also gilt - 1.44 < - 1.43.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(-1.4)= - ( -1,4 ) 4 < g(-1.4)= ( -1,4 ) 3 < f(-1.4)= ( -1,4 ) 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(-2) = -2 ( -2 ) 3 -3( -2 ) -5

= -2( -8 ) +6 -5

= 16 +6 -5

= 22 -5

= 17