Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

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

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 ( x +2 ) 2 ( x -1 ) 2 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

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Es gilt f(x) = 0, also x ( x +2 ) 2 ( x -1 ) 2 = 0.

x ( x +2 ) 2 ( x -1 ) 2 = 0
x ( ( x +2 ) · ( x -1 ) ) 2 = 0
( ( x +2 ) · ( x -1 ) ) 2 x = 0

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

1. Fall:

( ( x +2 ) · ( x -1 ) ) 2 = 0 | ⋅2
( x +2 ) · ( x -1 ) = 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 = -2

2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x2 = 1

2. Fall:

x3 = 0

An den Stellen x1 = -2 , x2 = 0 und x3 = 1 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( x +2 ) 3 -22 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 5.

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Es gilt f(x) = 5, also - ( x +2 ) 3 -22 = 5.

- ( x +2 ) 3 -22 = 5 | +22
- ( x +2 ) 3 = 27 |: ( -1 )
( x +2 ) 3 = -27 | ⋅3
x +2 = - 27 3 = -3
x +2 = -3 | -2
x = -5

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= -2 x 4 -2 x 2 +2x -162 und g(x)= -2 x 2 +2x .

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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 -2 x 2 +2x -162 = -2 x 2 +2x | +162 +2 x 2 -2x
-2 x 4 = 162 |: ( -2 )
x 4 = -81 | ⋅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 2 ) und B(-2|12 ) 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 2 ) und B(-2|12 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: - 3 2 = a · 1 n
II: 12 = a · (-2) n

Aus I ergibt sich ja sofort - 3 2 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: 12 = - 3 2 ⋅ (-2) n | ⋅ ( - 2 3 )

-8 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 3 2 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(1.5), g(1.5) und h(-1.5), 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(1.5) = 1,5 2 > 0
  • g(1.5) = 1,5 3 > 0
  • h(-1.5) = ( -1,5 ) 4 > 0
  • Da alle Werte positiv sind, schauen wir nur auf die Beträge:

    Und weil 1.5 > 1 ist, werden die Werte natürlich mit jeder Potenz immer größer. 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:
    1.53 =1.52 ⋅ 1.5 bzw. 1.54 =1.53 ⋅ 1.5.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    f(1.5)= 1,5 2 < g(1.5)= 1,5 3 < h(-1.5)= ( -1,5 ) 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(1) = -2⋅ ( 1 -2 ) 3 -1

= -2⋅ ( -1 ) 3 -1

= -2⋅( -1 ) -1

= 2 -1

= 1