Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= - ( x -1 ) 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 -1 ) 3 +27 = 0 | -27
- ( x -1 ) 3 = -27 |: ( -1 )
( x -1 ) 3 = 27 | ⋅3
x -1 = 27 3 = 3
x -1 = 3 | +1
x = 4

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

S1( 4 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 -26 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -1.

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Es gilt f(x) = -1, also x 2 -26 = -1.

x 2 -26 = -1 | +26
x 2 = 25 | ⋅2
x1 = - 25 = -5
x2 = 25 = 5

An den Stellen x1 = -5 und x2 = 5 gilt also f(x)= -1.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( -8 +3x ) 3 +130 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 5.

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Es gilt f(x) = 5, also ( -8 +3x ) 3 +130 = 5.

( -8 +3x ) 3 +130 = 5
( 3x -8 ) 3 +130 = 5 | -130
( 3x -8 ) 3 = -125 | ⋅3
3x -8 = - 125 3 = -5
3x -8 = -5 | +8
3x = 3 |:3
x = 1

An der Stelle x1 = 1 gilt also f(x)= 5.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 5 +12 x 2 +2 und g(x)= 4 x 2 +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 +12 x 2 +2 = 4 x 2 +2 | -2
x 5 +12 x 2 = 4 x 2 | -4 x 2
x 5 +12 x 2 -4 x 2 = 0
x 5 +8 x 2 = 0
x 2 · ( x 3 +8 ) = 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 +8 = 0 | -8
x 3 = -8 | ⋅3
x2 = - 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 +2 = 18 ⇒ S1( -2 | 18 )

g(0) = 4⋅ 0 2 +2 = 2 ⇒ S2(0| 2 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| - 3 4 ) und B(-2|-3 ) 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(-2|-3 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: - 3 4 = a · 1 n
II: -3 = a · (-2) n

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

II: -3 = - 3 4 ⋅ (-2) n | ⋅ ( - 4 3 )

4 = (-2) 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(1.6), g(1.6) und h(1.6), 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(1.6) = - 1,6 2 < 0
  • g(1.6) = 1,6 3 > 0
  • h(1.6) = 1,6 4 > 0
  • Da -f(1.6) 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(1.6) < h(1.6). 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:
    1.64 =1.63 ⋅ 1.6.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(1.6)= - 1,6 2 < g(1.6)= 1,6 3 < h(1.6)= 1,6 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(2) = 2⋅ 2 4 -2⋅ 2 2 -4

= 2⋅16 -2⋅4 -4

= 32 -8 -4

= 24 -4

= 20