Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= 2 ( x +3 ) 4 -162 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:

2 ( x +3 ) 4 -162 = 0 | +162
2 ( x +3 ) 4 = 162 |:2
( x +3 ) 4 = 81 | 4

1. Fall

x +3 = - 81 4 = -3
x +3 = -3 | -3
x1 = -6

2. Fall

x +3 = 81 4 = 3
x +3 = 3 | -3
x2 = 0

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

S1( -6 |0), S2(0|0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 -38 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

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Es gilt f(x) = -2, also x 2 -38 = -2.

x 2 -38 = -2 | +38
x 2 = 36 | 2
x1 = - 36 = -6
x2 = 36 = 6

An den Stellen x1 = -6 und x2 = 6 gilt also f(x)= -2.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

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

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

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

An der Stelle x1 = -1 gilt also f(x)= -1.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 5 x 3 +3 x 2 +2x -60 und g(x)= 5 x 3 + x 2 .

Lösung einblenden

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

5 x 3 +3 x 2 +2x -60 = 5 x 3 + x 2 | -5 x 3 - x 2
2 x 2 +2x -60 = 0 |:2

x 2 + x -30 = 0

Lösen mit der a-b-c-Formel (Mitternachtsformel):

eingesetzt in x1,2 = - b ± b 2 -4a · c 2a ergibt:

x1,2 = -1 ± 1 2 -4 · 1 · ( -30 ) 21

x1,2 = -1 ± 1 +120 2

x1,2 = -1 ± 121 2

x1 = -1 + 121 2 = -1 +11 2 = 10 2 = 5

x2 = -1 - 121 2 = -1 -11 2 = -12 2 = -6

Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):

vor dem Einsetzen in x1,2 = - p 2 ± ( p 2 ) 2 - q
berechnen wir zuerst die Diskriminante D = ( p 2 ) 2 - q :

D = ( 1 2 ) 2 - ( -30 ) = 1 4 + 30 = 1 4 + 120 4 = 121 4

x1,2 = - 1 2 ± 121 4

x1 = - 1 2 - 11 2 = - 12 2 = -6

x2 = - 1 2 + 11 2 = 10 2 = 5

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( -6 ) = 5 ( -6 ) 3 + ( -6 ) 2 = -1044 S1( -6 | -1044 )

g( 5 ) = 5 5 3 + 5 2 = 650 S2( 5 | 650 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

I: 1 4 = a · 1 n
II: 4 = a · (-2) n

Aus I ergibt sich ja sofort 1 4 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: 4 = 1 4 (-2) n | ⋅ 4

16 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 1 4 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(-0.3), -g(-0.3) und h(0.3), ohne sie wirklich auszurechnen.

Lösung einblenden
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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(-0.3) = - ( -0,3 ) 2 < 0
  • -g(-0.3) = - ( -0,3 ) 3 > 0
  • h(0.3) = 0,3 4 > 0
  • Da -f(-0.3) 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 -g(-0.3) > h(0.3). 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:
    0.34 =0.33 ⋅ 0.3.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(-0.3)= - ( -0,3 ) 2 < h(0.3)= 0,3 4 < -g(-0.3)= - ( -0,3 ) 3 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(2) = 2 ( -22 +3 ) 4 +1

= 2 ( -4 +3 ) 4 +1

= 2 ( -1 ) 4 +1

= 21 +1

= 2 +1

= 3