Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 2 -4x -21 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 2 -4x -21 = 0

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

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

x1,2 = +4 ± ( -4 ) 2 -4 · 1 · ( -21 ) 21

x1,2 = +4 ± 16 +84 2

x1,2 = +4 ± 100 2

x1 = 4 + 100 2 = 4 +10 2 = 14 2 = 7

x2 = 4 - 100 2 = 4 -10 2 = -6 2 = -3

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 = ( -2 ) 2 - ( -21 ) = 4+ 21 = 25

x1,2 = 2 ± 25

x1 = 2 - 5 = -3

x2 = 2 + 5 = 7

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

S1( -3 |0), S2( 7 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

x ( x +4 ) · ( x -4 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

( x +4 ) · ( x -4 ) = 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 -4 = 0 | +4
x3 = 4

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x 2 -19 ) 3 +23 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -4.

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Es gilt f(x) = -4, also ( x 2 -19 ) 3 +23 = -4.

( x 2 -19 ) 3 +23 = -4 | -23
( x 2 -19 ) 3 = -27 | 3
x 2 -19 = - 27 3 = -3
x 2 -19 = -3 | +19
x 2 = 16 | 2
x1 = - 16 = -4
x2 = 16 = 4

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 2 x 4 -4 x 3 -4 x 2 +32 und g(x)= -4 x 3 -4 x 2 .

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

2 x 4 -4 x 3 -4 x 2 +32 = -4 x 3 -4 x 2 | -32 +4 x 3 +4 x 2
2 x 4 = -32 |:2
x 4 = -16 | 4

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!

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).

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|3) und B(2|24 ) 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) und B(2|24 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 3 = a · 1 n
II: 24 = a · 2 n

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

II: 24 = 3 2 n | ⋅ 1 3

8 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 3 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(-0.9), -g(0.9) und h(0.9), 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(-0.9) = ( -0,9 ) 2 > 0
  • -g(0.9) = - 0,9 3 < 0
  • h(0.9) = 0,9 4 > 0
  • Da -g(0.9) 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(-0.9) > h(0.9). 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:
    0.94 =0.92 ⋅ 0.9 ⋅ 0.9.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -g(0.9)= - 0,9 3 < h(0.9)= 0,9 4 < f(-0.9)= ( -0,9 ) 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(1) = 2 ( -21 +1 ) 2 -5

= 2 ( -2 +1 ) 2 -5

= 2 ( -1 ) 2 -5

= 21 -5

= 2 -5

= -3