Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 2 -10x +24 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 -10x +24 = 0

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

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

x1,2 = +10 ± ( -10 ) 2 -4 · 1 · 24 21

x1,2 = +10 ± 100 -96 2

x1,2 = +10 ± 4 2

x1 = 10 + 4 2 = 10 +2 2 = 12 2 = 6

x2 = 10 - 4 2 = 10 -2 2 = 8 2 = 4

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 = ( -5 ) 2 - 24 = 25 - 24 = 1

x1,2 = 5 ± 1

x1 = 5 - 1 = 4

x2 = 5 + 1 = 6

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

S1( 4 |0), S2( 6 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 6 +8 x 3 -4 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -4.

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Es gilt f(x) = -4, also x 6 +8 x 3 -4 = -4.

x 6 +8 x 3 -4 = -4 | +4
x 6 +8 x 3 -4 +4 = 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

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - x 3 +61 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -3.

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Es gilt f(x) = -3, also - x 3 +61 = -3.

- x 3 +61 = -3 | -61
- x 3 = -64 |: ( -1 )
x 3 = 64 | 3
x = 64 3 = 4

An der Stelle x1 = 4 gilt also f(x)= -3.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 2 x 3 +3x +56 und g(x)= 3x +2 .

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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 +3x +56 = 3x +2 | -56
2 x 3 +3x = 3x -54 | -3x
2 x 3 = -54 |:2
x 3 = -27 | 3
x = - 27 3 = -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( -3 ) = 3( -3 ) +2 = -7 S1( -3 | -7 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| - 3 2 ) und B(-4|-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(-4|-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 · (-4) n

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

II: -24 = - 3 2 (-4) n | ⋅ ( - 2 3 )

16 = (-4) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 3 2 x 2

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(1.3), -g(-1.3) und h(-1.3), 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(1.3) = - 1,3 2 < 0
  • -g(-1.3) = - ( -1,3 ) 3 > 0
  • h(-1.3) = ( -1,3 ) 4 > 0
  • Da -f(1.3) 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(-1.3) < h(-1.3). 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:
    1.34 =1.33 ⋅ 1.3.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(1.3)= - 1,3 2 < -g(-1.3)= - ( -1,3 ) 3 < h(-1.3)= ( -1,3 ) 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(1) = 3 ( 1 -3 ) 3 -3

= 3 ( -2 ) 3 -3

= 3( -8 ) -3

= -24 -3

= -27