Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= - x 3 +8 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 3 +8 = 0 | -8
- x 3 = -8 |: ( -1 )
x 3 = 8 | ⋅3
x = 8 3 = 2

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

S1( 2 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 -4x -17 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -5.

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Es gilt f(x) = -5, also x 2 -4x -17 = -5.

x 2 -4x -17 = -5 | +5

x 2 -4x -12 = 0

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

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

x1,2 = +4 ± ( -4 ) 2 -4 · 1 · ( -12 ) 2⋅1

x1,2 = +4 ± 16 +48 2

x1,2 = +4 ± 64 2

x1 = 4 + 64 2 = 4 +8 2 = 12 2 = 6

x2 = 4 - 64 2 = 4 -8 2 = -4 2 = -2

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 - ( -12 ) = 4+ 12 = 16

x1,2 = 2 ± 16

x1 = 2 - 4 = -2

x2 = 2 + 4 = 6

An den Stellen x1 = -2 und x2 = 6 gilt also f(x)= -5.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

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

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

( x -1 ) 3 -3 = 5 | +3
( x -1 ) 3 = 8 | ⋅3
x -1 = 8 3 = 2
x -1 = 2 | +1
x = 3

An der Stelle x1 = 3 gilt also f(x)= 5.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 4 + x 2 -4 und g(x)= 5 x 2 -4 .

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

x 4 + x 2 -4 = 5 x 2 -4 | +4
x 4 + x 2 = 5 x 2 | -5 x 2
x 4 + 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 ) = 5⋅ ( -2 ) 2 -4 = 16 ⇒ S1( -2 | 16 )

g(0) = 5⋅ 0 2 -4 = -4 ⇒ S2(0| -4 )

g( 2 ) = 5⋅ 2 2 -4 = 16 ⇒ S3( 2 | 16 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 1 2 ) und B(2|8 ) 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 2 ) und B(2|8 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 1 2 = a · 1 n
II: 8 = a · 2 n

Aus I ergibt sich ja sofort 1 2 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: 8 = 1 2 ⋅ 2 n | ⋅ 2

16 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 1 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(1.3), 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 h(1.3) 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 -f(1.3) > g(-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:
    1.33 =1.32 ⋅ 1.3, d.h. 1.33 > 1.32, also gilt - 1.33 < - 1.32.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(1) = 2⋅ 1 5 -5⋅1 +1

= 2⋅1 -5 +1

= 2 -5 +1

= -3 +1

= -2