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 = -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 -11 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 5.

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Es gilt f(x) = 5, also x 2 -11 = 5.

x 2 -11 = 5 | +11
x 2 = 16 | 2
x1 = - 16 = -4
x2 = 16 = 4

An den Stellen x1 = -4 und x2 = 4 gilt also f(x)= 5.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( x 2 -29 ) 3 -129 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -1.

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Es gilt f(x) = -1, also -2 ( x 2 -29 ) 3 -129 = -1.

-2 ( x 2 -29 ) 3 -129 = -1 | +129
-2 ( x 2 -29 ) 3 = 128 |: ( -2 )
( x 2 -29 ) 3 = -64 | 3
x 2 -29 = - 64 3 = -4
x 2 -29 = -4 | +29
x 2 = 25 | 2
x1 = - 25 = -5
x2 = 25 = 5

An den Stellen x1 = -5 und x2 = 5 gilt also f(x)= -1.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 5 x 3 +4 x 2 +16 und g(x)= 3 x 3 +4 x 2 .

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

5 x 3 +4 x 2 +16 = 3 x 3 +4 x 2 | -16 -3 x 3 -4 x 2
2 x 3 = -16 |:2
x 3 = -8 | 3
x = - 8 3 = -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 +4 ( -2 ) 2 = -8 S1( -2 | -8 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|3) und B(-4|48 ) 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) und B(-4|48 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 3 = a · 1 n
II: 48 = a · (-4) n

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

II: 48 = 3 (-4) n | ⋅ 1 3

16 = (-4) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 3 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(1.2), -g(-1.2) und -h(1.2), 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(1.2) = 1,2 2 > 0
  • -g(-1.2) = - ( -1,2 ) 3 > 0
  • -h(1.2) = - 1,2 4 < 0
  • Da -h(1.2) 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(1.2) < -g(-1.2). 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:
    1.23 =1.22 ⋅ 1.2.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(1.2)= - 1,2 4 < f(1.2)= 1,2 2 < -g(-1.2)= - ( -1,2 ) 3 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(2) = -3 ( -22 +5 ) 4 +2

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

= -3 1 4 +2

= -31 +2

= -3 +2

= -1