Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 6 +8 x 3 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 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

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

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

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x ( x -4 ) 2 ( x -2 ) 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 -2 ) 2 = 0.

x ( x -4 ) 2 ( x -2 ) 2 = 0
x ( ( x -4 ) ( x -2 ) ) 2 = 0
( ( x -4 ) ( x -2 ) ) 2 x = 0

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

1. Fall:

( ( x -4 ) ( x -2 ) ) 2 = 0 | 2
( x -4 ) ( x -2 ) = 0
( x -4 ) ( x -2 ) = 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 -2 = 0 | +2
x2 = 2

2. Fall:

x3 = 0

An den Stellen x1 = 0, x2 = 2 und x3 = 4 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( x -5 ) 3 +52 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

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Es gilt f(x) = -2, also 2 ( x -5 ) 3 +52 = -2.

2 ( x -5 ) 3 +52 = -2 | -52
2 ( x -5 ) 3 = -54 |:2
( x -5 ) 3 = -27 | 3
x -5 = - 27 3 = -3
x -5 = -3 | +5
x = 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)= -2 x 3 -8 x 2 +38x -3 und g(x)= -4x -3 .

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

-2 x 3 -8 x 2 +38x -3 = -4x -3 | +3
-2 x 3 -8 x 2 +38x = -4x | +4x
-2 x 3 -8 x 2 +38x +4x = 0
-2 x 3 -8 x 2 +42x = 0
-2 x ( x 2 +4x -21 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 2 +4x -21 = 0

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

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

x2,3 = -4 ± 4 2 -4 · 1 · ( -21 ) 21

x2,3 = -4 ± 16 +84 2

x2,3 = -4 ± 100 2

x2 = -4 + 100 2 = -4 +10 2 = 6 2 = 3

x3 = -4 - 100 2 = -4 -10 2 = -14 2 = -7

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 = 2 2 - ( -21 ) = 4+ 21 = 25

x1,2 = -2 ± 25

x1 = -2 - 5 = -7

x2 = -2 + 5 = 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( -7 ) = -4( -7 ) -3 = 25 S1( -7 | 25 )

g(0) = -40 -3 = -3 S2(0| -3 )

g( 3 ) = -43 -3 = -15 S3( 3 | -15 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| - 2 3 ) und B(-3|18 ) 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| - 2 3 ) und B(-3|18 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: - 2 3 = a · 1 n
II: 18 = a · (-3) n

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

II: 18 = - 2 3 (-3) n | ⋅ ( - 3 2 )

-27 = (-3) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 2 3 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(-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 -h(-0.7) 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(-0.7) > g(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:
    0.73 =0.72 ⋅ 0.7.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -4 x 5 -2 . Berechne den Funktionswert f(1).

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Wir setzen 1 einfach für x in f(x)= -4 x 5 -2 ein:

f(1) = -4 1 5 -2

= -41 -2

= -4 -2

= -6