Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 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 3 +27 = 0 | -27
x 3 = -27 | 3
x = - 27 3 = -3

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

S1( -3 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 6 -8 x 3 +5 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 5.

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Es gilt f(x) = 5, also x 6 -8 x 3 +5 = 5.

x 6 -8 x 3 +5 = 5 | -5
x 6 -8 x 3 +5 -5 = 0
x 6 -8 x 3 = 0
x 3 ( x 3 -8 ) = 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 3 -8 = 0 | +8
x 3 = 8 | 3
x2 = 8 3 = 2

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( x 2 -12 ) 3 +68 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 4.

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Es gilt f(x) = 4, also - ( x 2 -12 ) 3 +68 = 4.

- ( x 2 -12 ) 3 +68 = 4 | -68
- ( x 2 -12 ) 3 = -64 |: ( -1 )
( x 2 -12 ) 3 = 64 | 3
x 2 -12 = 64 3 = 4
x 2 -12 = 4 | +12
x 2 = 16 | 2
x1 = - 16 = -4
x2 = 16 = 4

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

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

x 3 - x 2 +3x = x 2 +3x | - ( x 2 +3x )
x 3 - x 2 - x 2 +3x -3x = 0
x 3 -2 x 2 = 0
x 2 ( x -2 ) = 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 -2 = 0 | +2
x2 = 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(0) = 0 2 +30 = 0 S1(0|0)

g( 2 ) = 2 2 +32 = 10 S2( 2 | 10 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 3 4 ) und B(3| 27 4 ) 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 4 ) und B(3| 27 4 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 3 4 = a · 1 n
II: 27 4 = a · 3 n

Aus I ergibt sich ja sofort 3 4 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: 27 4 = 3 4 3 n | ⋅ 4 3

9 = 3 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 3 4 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 f(-1.2) 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 -g(1.2) > -h(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:
    1.24 =1.23 ⋅ 1.2, d.h. 1.24 > 1.23, also gilt - 1.24 < - 1.23.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(1) = - ( -21 +4 ) 2 +3

= - ( -2 +4 ) 2 +3

= - 2 2 +3

= -4 +3

= -1