Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 3 - x 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 - x = 0
x · ( x 2 -1 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 2 -1 = 0 | +1
x 2 = 1 | 2
x2 = - 1 = -1
x3 = 1 = 1

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

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

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

x 2 +2x -5 = -5 | +5
x 2 +2x -5 +5 = 0
x 2 +2x = 0
x · ( x +2 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x +2 = 0 | -2
x2 = -2

An den Stellen x1 = -2 und x2 = 0 gilt also f(x)= -5.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( -4 +3x ) 3 -249 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 1.

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Es gilt f(x) = 1, also 2 ( -4 +3x ) 3 -249 = 1.

2 ( -4 +3x ) 3 -249 = 1
2 ( 3x -4 ) 3 -249 = 1 | +249
2 ( 3x -4 ) 3 = 250 |:2
( 3x -4 ) 3 = 125 | 3
3x -4 = 125 3 = 5
3x -4 = 5 | +4
3x = 9 |:3
x = 3

An der Stelle x1 = 3 gilt also f(x)= 1.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 5 -4 x 3 + x 2 +2 und g(x)= -4 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 -4 x 3 + x 2 +2 = -4 x 3 +2 | -2
x 5 -4 x 3 + x 2 = -4 x 3 | +4 x 3
x 5 -4 x 3 +4 x 3 + x 2 = 0
x 5 + x 2 = 0
x 2 · ( x 3 +1 ) = 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 3 +1 = 0 | -1
x 3 = -1 | 3
x2 = - 1 3 = -1

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( -1 ) = -4 ( -1 ) 3 +2 = 6 S1( -1 | 6 )

g(0) = -4 0 3 +2 = 2 S2(0| 2 )

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(-0.9), -g(0.9) und h(-0.9), 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(-0.9) = ( -0,9 ) 2 > 0
  • -g(0.9) = - 0,9 3 < 0
  • h(-0.9) = ( -0,9 ) 4 > 0
  • Da -g(0.9) 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(-0.9) > h(-0.9). 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:
    0.94 =0.92 ⋅ 0.9 ⋅ 0.9.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -g(0.9)= - 0,9 3 < h(-0.9)= ( -0,9 ) 4 < f(-0.9)= ( -0,9 ) 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -3 x 4 +2x -6 . Berechne den Funktionswert f(1).

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Wir setzen 1 einfach für x in f(x)= -3 x 4 +2x -6 ein:

f(1) = -3 1 4 +21 -6

= -31 +2 -6

= -3 +2 -6

= -1 -6

= -7