Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= ( x +2 ) 3 -27 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 +2 ) 3 -27 = 0 | +27
( x +2 ) 3 = 27 | 3
x +2 = 27 3 = 3
x +2 = 3 | -2
x = 1

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

S1( 1 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

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

An den Stellen x1 = -1 , x2 = 0 und x3 = 1 gilt also f(x)= 4.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - x 3 -10 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

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Es gilt f(x) = -2, also - x 3 -10 = -2.

- x 3 -10 = -2 | +10
- x 3 = 8 |: ( -1 )
x 3 = -8 | 3
x = - 8 3 = -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 -3 x 3 + x 2 und g(x)= -3 x 3 +5 x 2 .

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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 + x 2 = -3 x 3 +5 x 2 | - ( -3 x 3 +5 x 2 )
x 4 -3 x 3 +3 x 3 + x 2 -5 x 2 = 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

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 ) = -3 ( -2 ) 3 +5 ( -2 ) 2 = 44 S1( -2 | 44 )

g(0) = -3 0 3 +5 0 2 = 0 S2(0|0)

g( 2 ) = -3 2 3 +5 2 2 = -4 S3( 2 | -4 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 3 4 ) und B(-2|12 ) 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|12 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 3 4 = a · 1 n
II: 12 = a · (-2) n

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

II: 12 = 3 4 (-2) n | ⋅ 4 3

16 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 3 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(-0.7), g(-0.7) und -h(-0.7), 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(-0.7) = ( -0,7 ) 2 > 0
  • g(-0.7) = ( -0,7 ) 3 < 0
  • -h(-0.7) = - ( -0,7 ) 4 < 0
  • Da f(-0.7) 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(-0.7) < -h(-0.7). 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:
    0.74 =0.73 ⋅ 0.7, d.h. 0.74 < 0.73, also gilt - 0.74 > - 0.73.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    g(-0.7)= ( -0,7 ) 3 < -h(-0.7)= - ( -0,7 ) 4 < f(-0.7)= ( -0,7 ) 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

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

= 41 -41 +2

= 4 -4 +2

= 0 +2

= 2