Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 5 - x 3 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 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

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

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

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 4 - x -1 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -1.

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Es gilt f(x) = -1, also x 4 - x -1 = -1.

x 4 - x -1 = -1 | +1
x 4 - x -1 +1 = 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 = 0 und x2 = 1 gilt also f(x)= -1.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( 3 +2x ) 3 -255 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -5.

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Es gilt f(x) = -5, also -2 ( 3 +2x ) 3 -255 = -5.

-2 ( 3 +2x ) 3 -255 = -5
-2 ( 2x +3 ) 3 -255 = -5 | +255
-2 ( 2x +3 ) 3 = 250 |: ( -2 )
( 2x +3 ) 3 = -125 | 3
2x +3 = - 125 3 = -5
2x +3 = -5 | -3
2x = -8 |:2
x = -4

An der Stelle x1 = -4 gilt also f(x)= -5.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

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

x 4 +2 x 3 - x 2 -2 = 2 x 3 -2 | +2
x 4 +2 x 3 - x 2 = 2 x 3 | -2 x 3
x 4 +2 x 3 -2 x 3 - x 2 = 0
x 4 - x 2 = 0
x 2 · ( x 2 -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 2 -1 = 0 | +1
x 2 = 1 | 2
x2 = - 1 = -1
x3 = 1 = 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 ) 3 -2 = -4 S1( -1 | -4 )

g(0) = 2 0 3 -2 = -2 S2(0| -2 )

g( 1 ) = 2 1 3 -2 = 0 S3( 1 |0)

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|-3) und B(-4|-48 ) 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(-4|-48 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: -3 = a · 1 n
II: -48 = a · (-4) n

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

II: -48 = -3 (-4) n | ⋅ ( - 1 3 )

16 = (-4) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= -3 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 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 -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, d.h. 1.64 > 1.63, also gilt - 1.64 < - 1.63.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -5 x 4 - x +1 . Berechne den Funktionswert f(-2).

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Wir setzen -2 einfach für x in f(x)= -5 x 4 - x +1 ein:

f(-2) = -5 ( -2 ) 4 - ( -2 ) +1

= -516 +2 +1

= -80 +2 +1

= -78 +1

= -77