Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 2 - x 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 - x = 0
x ( x -1 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x2 = 1

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

S1(0|0), S2( 1 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

x 4 + x -3 = -3 | +3
x 4 + x -3 +3 = 0
x 4 + x = 0
x ( x 3 +1 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 3 +1 = 0 | -1
x 3 = -1 | 3
x2 = - 1 3 = -1

An den Stellen x1 = -1 und x2 = 0 gilt also f(x)= -3.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 x 4 +35 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 3.

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Es gilt f(x) = 3, also -2 x 4 +35 = 3.

-2 x 4 +35 = 3 | -35
-2 x 4 = -32 |: ( -2 )
x 4 = 16 | 4
x1 = - 16 4 = -2
x2 = 16 4 = 2

An den Stellen x1 = -2 und x2 = 2 gilt also f(x)= 3.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 6 -8 x 3 -3 x 2 -4 und g(x)= -3 x 2 -4 .

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

x 6 -8 x 3 -3 x 2 -4 = -3 x 2 -4 | +4
x 6 -8 x 3 -3 x 2 = -3 x 2 | +3 x 2
x 6 -8 x 3 -3 x 2 +3 x 2 = 0
x 6 -8 x 3 = 0
x 3 ( x 3 -8 ) = 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 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) = -3 0 2 -4 = -4 S1(0| -4 )

g( 2 ) = -3 2 2 -4 = -16 S2( 2 | -16 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

I: 1 = a · 1 n
II: 4 = a · 2 n

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

II: 4 = 2 n | ⋅ 1

4 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 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(0.9), 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 alle Werte negativ sind, schauen wir zunächst nur auf die Beträge:

    Und weil 0.9 < 1 ist, werden die Betrags-Werte mit jeder Potenz immer kleiner. 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:
    0.93 =0.92 ⋅ 0.9 bzw. 0.94 =0.93 ⋅ 0.9,
    d.h. 0.93 < 0.92, also gilt - 0.93 > - 0.92 und 0.94 < 0.93, also gilt - 0.94 > - 0.93.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

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

= 2 ( -2 ) 4 +4

= 216 +4

= 32 +4

= 36