Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= -2 x 5 -2 x 4 +4 x 3 mit der x-Achse.

Lösung einblenden

An den Schnittpunkten mit der x-Achse müssen die Funktionswerte null sein, also müssen wir den Funktionsterm =0 setzen:

-2 x 5 -2 x 4 +4 x 3 = 0
-2 x 3 · ( x 2 + 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 + x -2 = 0

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

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

x2,3 = -1 ± 1 2 -4 · 1 · ( -2 ) 21

x2,3 = -1 ± 1 +8 2

x2,3 = -1 ± 9 2

x2 = -1 + 9 2 = -1 +3 2 = 2 2 = 1

x3 = -1 - 9 2 = -1 -3 2 = -4 2 = -2

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 ) 2 - ( -2 ) = 1 4 + 2 = 1 4 + 8 4 = 9 4

x1,2 = - 1 2 ± 9 4

x1 = - 1 2 - 3 2 = - 4 2 = -2

x2 = - 1 2 + 3 2 = 2 2 = 1

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

S1( -2 |0), S2(0|0), S3( 1 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 5 - x 3 +2 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 2.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = 2, also x 5 - x 3 +2 = 2.

x 5 - x 3 +2 = 2 | -2
x 5 - x 3 +2 -2 = 0
x 5 - x 3 = 0
x 3 · ( x 2 -1 ) = 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 -1 = 0 | +1
x 2 = 1 | 2
x2 = - 1 = -1
x3 = 1 = 1

An den Stellen x1 = -1 , x2 = 0 und x3 = 1 gilt also f(x)= 2.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( x +4 ) 3 +59 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 5.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = 5, also -2 ( x +4 ) 3 +59 = 5.

-2 ( x +4 ) 3 +59 = 5 | -59
-2 ( x +4 ) 3 = -54 |: ( -2 )
( x +4 ) 3 = 27 | 3
x +4 = 27 3 = 3
x +4 = 3 | -4
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 4 -4 x 2 -8x +3 und g(x)= -4 x 2 +3 .

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

x 4 -4 x 2 -8x +3 = -4 x 2 +3 | -3
x 4 -4 x 2 -8x = -4 x 2 | +4 x 2
x 4 -4 x 2 +4 x 2 -8x = 0
x 4 -8x = 0
x · ( x 3 -8 ) = 0

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

1. Fall:

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(0) = -4 0 2 +3 = 3 S1(0| 3 )

g( 2 ) = -4 2 2 +3 = -13 S2( 2 | -13 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

I: 1 4 = a · 1 n
II: 4 = a · 2 n

Aus I ergibt sich ja sofort 1 4 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: 4 = 1 4 2 n | ⋅ 4

16 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 1 4 x 4

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 -g(-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) > -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 =1.32 ⋅ 1.3 ⋅ 1.3, d.h. 1.34 > 1.32, also gilt - 1.34 < - 1.32.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(1) = -2 ( 31 -4 ) 4 +3

= -2 ( 3 -4 ) 4 +3

= -2 ( -1 ) 4 +3

= -21 +3

= -2 +3

= 1