Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= ( x +1 ) 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 +1 ) 4 -16 = 0 | +16
( x +1 ) 4 = 16 | 4

1. Fall

x +1 = - 16 4 = -2
x +1 = -2 | -1
x1 = -3

2. Fall

x +1 = 16 4 = 2
x +1 = 2 | -1
x2 = 1

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

S1( -3 |0), S2( 1 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

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

An den Stellen x1 = 0 und x2 = 2 gilt also f(x)= -4.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( x -4 ) 4 -164 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

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Es gilt f(x) = -2, also -2 ( x -4 ) 4 -164 = -2.

-2 ( x -4 ) 4 -164 = -2 | +164
-2 ( x -4 ) 4 = 162 |: ( -2 )
( x -4 ) 4 = -81 | 4

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!

Es gibt also keine Stelle x für die f(x)= -2 gilt.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= - x 3 -4 x 2 +4x -8 und g(x)= -4 x 2 +4x .

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

- x 3 -4 x 2 +4x -8 = -4 x 2 +4x | +8 +4 x 2 -4x
- x 3 = 8 |: ( -1 )
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 ) = -4 ( -2 ) 2 +4( -2 ) = -24 S1( -2 | -24 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|2) und B(3|54 ) 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|2) und B(3|54 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 2 = a · 1 n
II: 54 = a · 3 n

Aus I ergibt sich ja sofort 2 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: 54 = 2 3 n | ⋅ 1 2

27 = 3 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 2 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(1.3), g(1.3) und h(-1.3), 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(1.3) = - 1,3 2 < 0
  • g(1.3) = 1,3 3 > 0
  • h(-1.3) = ( -1,3 ) 4 > 0
  • Da -f(1.3) 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(1.3) < h(-1.3). 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:
    1.34 =1.33 ⋅ 1.3.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(1.3)= - 1,3 2 < g(1.3)= 1,3 3 < h(-1.3)= ( -1,3 ) 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -24 x 3 -3 . Berechne den Funktionswert f(-1).

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Wir setzen -1 einfach für x in f(x)= -24 x 3 -3 ein:

f(-1) = -24 ( -1 ) 3 -3

= -24( -1 ) -3

= 24 -3

= 21