Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= -4 x 5 -16 x 4 +20 x 3 mit der x-Achse.

Lösung einblenden

An den Schnittpunkten mit der x-Achse müssen die Funktionswerte null sein, also müssen wir den Funktionsterm =0 setzen:

-4 x 5 -16 x 4 +20 x 3 = 0
-4 x 3 · ( x 2 +4x -5 ) = 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 +4x -5 = 0

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

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

x2,3 = -4 ± 4 2 -4 · 1 · ( -5 ) 21

x2,3 = -4 ± 16 +20 2

x2,3 = -4 ± 36 2

x2 = -4 + 36 2 = -4 +6 2 = 2 2 = 1

x3 = -4 - 36 2 = -4 -6 2 = -10 2 = -5

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 - ( -5 ) = 4+ 5 = 9

x1,2 = -2 ± 9

x1 = -2 - 3 = -5

x2 = -2 + 3 = 1

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

S1( -5 |0), S2(0|0), S3( 1 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x ( x -3 ) 2 · ( x -1 ) . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = 0, also x ( x -3 ) 2 · ( x -1 ) = 0.

x ( x -3 ) 2 · ( x -1 ) = 0

Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

( x -3 ) 2 · ( x -1 ) = 0

Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.

1. Fall:

( x -3 ) 2 = 0 | 2
x -3 = 0
x -3 = 0 | +3
x2 = 3

2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x3 = 1

An den Stellen x1 = 0, x2 = 1 und x3 = 3 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x -4 ) 3 +66 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 2.

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Es gilt f(x) = 2, also ( x -4 ) 3 +66 = 2.

( x -4 ) 3 +66 = 2 | -66
( x -4 ) 3 = -64 | 3
x -4 = - 64 3 = -4
x -4 = -4 | +4
x = 0

An der Stelle x1 = 0 gilt also f(x)= 2.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= -2 x 3 +32 und g(x)= - x 3 +5 .

Lösung einblenden

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

-2 x 3 +32 = - x 3 +5 | -32
-2 x 3 = - x 3 -27 | + x 3
- x 3 = -27 |: ( -1 )
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 +5 = -22 S1( 3 | -22 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|-3) und B(-2|96 ) auf dem Graphen der Funktion f mit f(x)= a · x n liegen.

Lösung einblenden

Wir setzen einfach die beiden Punkte A(1|-3) und B(-2|96 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: -3 = a · 1 n
II: 96 = a · (-2) n

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

II: 96 = -3 (-2) n | ⋅ ( - 1 3 )

-32 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=5

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= -3 x 5

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 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(-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.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(-1) = 2 ( 3( -1 ) +4 ) 2 -4

= 2 ( -3 +4 ) 2 -4

= 2 1 2 -4

= 21 -4

= 2 -4

= -2