Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

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

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

S1( 3 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

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

An den Stellen x1 = 0 und x2 = 2 gilt also f(x)= 5.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x +1 ) 3 +127 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 2.

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Es gilt f(x) = 2, also ( x +1 ) 3 +127 = 2.

( x +1 ) 3 +127 = 2 | -127
( x +1 ) 3 = -125 | 3
x +1 = - 125 3 = -5
x +1 = -5 | -1
x = -6

An der Stelle x1 = -6 gilt also f(x)= 2.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

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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 2 +2x -4 = 2x -4 | +4
x 3 + x 2 +2x = 2x | -2x
x 3 + x 2 +2x -2x = 0
x 3 + x 2 = 0
x 2 ( x +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 +1 = 0 | -1
x2 = -1

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( -1 ) = 2( -1 ) -4 = -6 S1( -1 | -6 )

g(0) = 20 -4 = -4 S2(0| -4 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|2) und B(-4|32 ) 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|2) und B(-4|32 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 2 = a · 1 n
II: 32 = a · (-4) n

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

II: 32 = 2 (-4) n | ⋅ 1 2

16 = (-4) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 2 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(0.3), g(-0.3) und h(0.3), 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(0.3) = 0,3 2 > 0
  • g(-0.3) = ( -0,3 ) 3 < 0
  • h(0.3) = 0,3 4 > 0
  • Da g(-0.3) 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(0.3) > h(0.3). 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:
    0.34 =0.32 ⋅ 0.3 ⋅ 0.3.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    g(-0.3)= ( -0,3 ) 3 < h(0.3)= 0,3 4 < f(0.3)= 0,3 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

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

= 3 ( 6 -4 ) 3 +1

= 3 2 3 +1

= 38 +1

= 24 +1

= 25