Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= -2 x 3 +250 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:

-2 x 3 +250 = 0 | -250
-2 x 3 = -250 |: ( -2 )
x 3 = 125 | 3
x = 125 3 = 5

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

S1( 5 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x ( x +4 ) · ( x -2 ) . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

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Es gilt f(x) = 0, also x ( x +4 ) · ( x -2 ) = 0.

x ( x +4 ) · ( x -2 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

( x +4 ) · ( x -2 ) = 0

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

1. Fall:

x +4 = 0 | -4
x2 = -4

2. Fall:

x -2 = 0 | +2
x3 = 2

An den Stellen x1 = -4 , x2 = 0 und x3 = 2 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

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

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

- x 3 -12 = -4 | +12
- x 3 = 8 |: ( -1 )
x 3 = -8 | 3
x = - 8 3 = -2

An der Stelle x1 = -2 gilt also f(x)= -4.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 3 + x -25 und g(x)= x +2 .

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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 -25 = x +2 | +25
x 3 + x = x +27 | - x
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 +2 = 5 S1( 3 | 5 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| - 1 2 ) und B(2|-16 ) 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|-16 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: - 1 2 = a · 1 n
II: -16 = a · 2 n

Aus I ergibt sich ja sofort - 1 2 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: -16 = - 1 2 2 n | ⋅ ( -2 )

32 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=5

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 1 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(1.4), -g(1.4) und h(1.4), 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(1.4) = 1,4 2 > 0
  • -g(1.4) = - 1,4 3 < 0
  • h(1.4) = 1,4 4 > 0
  • Da -g(1.4) 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(1.4) < h(1.4). 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:
    1.44 =1.42 ⋅ 1.4 ⋅ 1.4.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -g(1.4)= - 1,4 3 < f(1.4)= 1,4 2 < h(1.4)= 1,4 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -5 x 3 -3x -2 . Berechne den Funktionswert f(-1).

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Wir setzen -1 einfach für x in f(x)= -5 x 3 -3x -2 ein:

f(-1) = -5 ( -1 ) 3 -3( -1 ) -2

= -5( -1 ) +3 -2

= 5 +3 -2

= 8 -2

= 6