Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= -2 x 3 +250 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 +250 = 0 | -250
-2 x 3 = -250 |: ( -2 )
x 3 = 125 | 3
x = 125 3 = 5

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

S1( 5 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 -3x -24 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 4.

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Es gilt f(x) = 4, also x 2 -3x -24 = 4.

x 2 -3x -24 = 4 | -4

x 2 -3x -28 = 0

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

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

x1,2 = +3 ± ( -3 ) 2 -4 · 1 · ( -28 ) 21

x1,2 = +3 ± 9 +112 2

x1,2 = +3 ± 121 2

x1 = 3 + 121 2 = 3 +11 2 = 14 2 = 7

x2 = 3 - 121 2 = 3 -11 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 = ( - 3 2 ) 2 - ( -28 ) = 9 4 + 28 = 9 4 + 112 4 = 121 4

x1,2 = 3 2 ± 121 4

x1 = 3 2 - 11 2 = - 8 2 = -4

x2 = 3 2 + 11 2 = 14 2 = 7

An den Stellen x1 = -4 und x2 = 7 gilt also f(x)= 4.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( x 2 -5 ) 3 +67 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 3.

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Es gilt f(x) = 3, also - ( x 2 -5 ) 3 +67 = 3.

- ( x 2 -5 ) 3 +67 = 3 | -67
- ( x 2 -5 ) 3 = -64 |: ( -1 )
( x 2 -5 ) 3 = 64 | 3
x 2 -5 = 64 3 = 4
x 2 -5 = 4 | +5
x 2 = 9 | 2
x1 = - 9 = -3
x2 = 9 = 3

An den Stellen x1 = -3 und x2 = 3 gilt also f(x)= 3.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 2 x 4 +4x -33 und g(x)= 4x -1 .

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

2 x 4 +4x -33 = 4x -1 | +33
2 x 4 +4x = 4x +32 | -4x
2 x 4 = 32 |:2
x 4 = 16 | 4
x1 = - 16 4 = -2
x2 = 16 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 ) = 4( -2 ) -1 = -9 S1( -2 | -9 )

g( 2 ) = 42 -1 = 7 S2( 2 | 7 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

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

II: 24 = 3 2 2 n | ⋅ 2 3

16 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 3 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(0.6), -g(-0.6) und -h(0.6), 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(0.6) = - 0,6 2 < 0
  • -g(-0.6) = - ( -0,6 ) 3 > 0
  • -h(0.6) = - 0,6 4 < 0
  • Da -g(-0.6) 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(0.6) < -h(0.6). 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:
    0.64 =0.62 ⋅ 0.6 ⋅ 0.6, d.h. 0.64 < 0.62, also gilt - 0.64 > - 0.62.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(0.6)= - 0,6 2 < -h(0.6)= - 0,6 4 < -g(-0.6)= - ( -0,6 ) 3 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -5 x 4 +5 x 2 +3 . Berechne den Funktionswert f(2).

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Wir setzen 2 einfach für x in f(x)= -5 x 4 +5 x 2 +3 ein:

f(2) = -5 2 4 +5 2 2 +3

= -516 +54 +3

= -80 +20 +3

= -60 +3

= -57