Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 4 - x 2 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 - x 2 = 0
x 2 · ( x 2 -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 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 -22 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 2.

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Es gilt f(x) = 2, also x 2 +2x -22 = 2.

x 2 +2x -22 = 2 | -2

x 2 +2x -24 = 0

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

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

x1,2 = -2 ± 2 2 -4 · 1 · ( -24 ) 2⋅1

x1,2 = -2 ± 4 +96 2

x1,2 = -2 ± 100 2

x1 = -2 + 100 2 = -2 +10 2 = 8 2 = 4

x2 = -2 - 100 2 = -2 -10 2 = -12 2 = -6

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 = 1 2 - ( -24 ) = 1+ 24 = 25

x1,2 = -1 ± 25

x1 = -1 - 5 = -6

x2 = -1 + 5 = 4

An den Stellen x1 = -6 und x2 = 4 gilt also f(x)= 2.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( x 2 -11 ) 3 -4 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 4.

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Es gilt f(x) = 4, also - ( x 2 -11 ) 3 -4 = 4.

- ( x 2 -11 ) 3 -4 = 4 | +4
- ( x 2 -11 ) 3 = 8 |: ( -1 )
( x 2 -11 ) 3 = -8 | ⋅3
x 2 -11 = - 8 3 = -2
x 2 -11 = -2 | +11
x 2 = 9 | ⋅2
x1 = - 9 = -3
x2 = 9 = 3

An den Stellen x1 = -3 und x2 = 3 gilt also f(x)= 4.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= -6 x 3 -5 x 2 +54 und g(x)= -4 x 3 -5 x 2 .

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

-6 x 3 -5 x 2 +54 = -4 x 3 -5 x 2 | -54 +4 x 3 +5 x 2
-2 x 3 = -54 |: ( -2 )
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 ) = -4⋅ 3 3 -5⋅ 3 2 = -153 ⇒ S1( 3 | -153 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| - 3 2 ) und B(-2|48 ) 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 2 ) und B(-2|48 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: - 3 2 = a · 1 n
II: 48 = a · (-2) n

Aus I ergibt sich ja sofort - 3 2 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: 48 = - 3 2 ⋅ (-2) n | ⋅ ( - 2 3 )

-32 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=5

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 3 2 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(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 h(-1.3) 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 -f(1.3) > -g(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:
    1.33 =1.32 ⋅ 1.3, d.h. 1.33 > 1.32, also gilt - 1.33 < - 1.32.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 4 x 2 -5 . Berechne den Funktionswert f(-1).

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Wir setzen -1 einfach für x in f(x)= 4 x 2 -5 ein:

f(-1) = 4⋅ ( -1 ) 2 -5

= 4⋅1 -5

= 4 -5

= -1