Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 4 +16 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 4 +16 = 0 | -16
x 4 = -16 | 4

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!

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

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

x 4 + x 3 +2 = 2 | -2
x 4 + x 3 +2 -2 = 0
x 4 + x 3 = 0
x 3 · ( x +1 ) = 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 +1 = 0 | -1
x2 = -1

An den Stellen x1 = -1 und x2 = 0 gilt also f(x)= 2.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( x 2 -11 ) 3 -247 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 3.

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Es gilt f(x) = 3, also 2 ( x 2 -11 ) 3 -247 = 3.

2 ( x 2 -11 ) 3 -247 = 3 | +247
2 ( x 2 -11 ) 3 = 250 |:2
( x 2 -11 ) 3 = 125 | 3
x 2 -11 = 125 3 = 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)= 3.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 5 -6 x 3 -2 und g(x)= -2 x 3 -2 .

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

x 5 -6 x 3 -2 = -2 x 3 -2 | +2
x 5 -6 x 3 = -2 x 3 | +2 x 3
x 5 -6 x 3 +2 x 3 = 0
x 5 -4 x 3 = 0
x 3 · ( x 2 -4 ) = 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 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 ) = -2 ( -2 ) 3 -2 = 14 S1( -2 | 14 )

g(0) = -2 0 3 -2 = -2 S2(0| -2 )

g( 2 ) = -2 2 3 -2 = -18 S3( 2 | -18 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|-4) und B(3|-108 ) 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|-4) und B(3|-108 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: -4 = a · 1 n
II: -108 = a · 3 n

Aus I ergibt sich ja sofort -4 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: -108 = -4 3 n | ⋅ ( - 1 4 )

27 = 3 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= -4 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(1.5), -g(-1.5) und h(1.5), 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(1.5) = - 1,5 2 < 0
  • -g(-1.5) = - ( -1,5 ) 3 > 0
  • h(1.5) = 1,5 4 > 0
  • Da -f(1.5) 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(-1.5) < h(1.5). 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:
    1.54 =1.53 ⋅ 1.5.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(1.5)= - 1,5 2 < -g(-1.5)= - ( -1,5 ) 3 < h(1.5)= 1,5 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -4 x 3 +2 . Berechne den Funktionswert f(1).

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Wir setzen 1 einfach für x in f(x)= -4 x 3 +2 ein:

f(1) = -4 1 3 +2

= -41 +2

= -4 +2

= -2