Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= 4 x 2 -8x -60 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:

4 x 2 -8x -60 = 0 |:4

x 2 -2x -15 = 0

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

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

x1,2 = +2 ± ( -2 ) 2 -4 · 1 · ( -15 ) 21

x1,2 = +2 ± 4 +60 2

x1,2 = +2 ± 64 2

x1 = 2 + 64 2 = 2 +8 2 = 10 2 = 5

x2 = 2 - 64 2 = 2 -8 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 = ( -1 ) 2 - ( -15 ) = 1+ 15 = 16

x1,2 = 1 ± 16

x1 = 1 - 4 = -3

x2 = 1 + 4 = 5

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

S1( -3 |0), S2( 5 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x +5 ) ( x -2 ) 2 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

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Es gilt f(x) = 0, also ( x +5 ) ( x -2 ) 2 = 0.

( x +5 ) ( x -2 ) 2 = 0
( x -2 ) 2 · ( x +5 ) = 0

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

1. Fall:

( x -2 ) 2 = 0 | 2
x -2 = 0
x -2 = 0 | +2
x1 = 2

2. Fall:

x +5 = 0 | -5
x2 = -5

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( x +3 ) 3 +254 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 4.

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Es gilt f(x) = 4, also 2 ( x +3 ) 3 +254 = 4.

2 ( x +3 ) 3 +254 = 4 | -254
2 ( x +3 ) 3 = -250 |:2
( x +3 ) 3 = -125 | 3
x +3 = - 125 3 = -5
x +3 = -5 | -3
x = -8

An der Stelle x1 = -8 gilt also f(x)= 4.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

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

x 3 +2 x 2 +2x -3 = 2x -3 | +3
x 3 +2 x 2 +2x = 2x | -2x
x 3 +2 x 2 +2x -2x = 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

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( -2 ) = 2( -2 ) -3 = -7 S1( -2 | -7 )

g(0) = 20 -3 = -3 S2(0| -3 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|1) und B(2|16 ) 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|16 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 1 = a · 1 n
II: 16 = a · 2 n

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

II: 16 = 2 n | ⋅ 1

16 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 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(-0.6), -g(0.6) und -h(0.6), 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(-0.6) = - ( -0,6 ) 2 < 0
  • -g(0.6) = - 0,6 3 < 0
  • -h(0.6) = - 0,6 4 < 0
  • Da alle Werte negativ sind, schauen wir zunächst nur auf die Beträge:

    Und weil 0.6 < 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:
    0.63 =0.62 ⋅ 0.6 bzw. 0.64 =0.63 ⋅ 0.6,
    d.h. 0.63 < 0.62, also gilt - 0.63 > - 0.62 und 0.64 < 0.63, also gilt - 0.64 > - 0.63.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(-0.6)= - ( -0,6 ) 2 < -g(0.6)= - 0,6 3 < -h(0.6)= - 0,6 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 3 x 5 - x 2 +1 . Berechne den Funktionswert f(2).

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Wir setzen 2 einfach für x in f(x)= 3 x 5 - x 2 +1 ein:

f(2) = 3 2 5 - 2 2 +1

= 332 - 4 +1

= 96 -4 +1

= 92 +1

= 93