Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= 2 x 5 -8 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:

2 x 5 -8 x 3 = 0
2 x 3 · ( x 2 -4 ) = 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 -4 = 0 | +4
x 2 = 4 | 2
x2 = - 4 = -2
x3 = 4 = 2

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

S1( -2 |0), S2(0|0), S3( 2 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 +3x -13 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -3.

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Es gilt f(x) = -3, also x 2 +3x -13 = -3.

x 2 +3x -13 = -3 | +3

x 2 +3x -10 = 0

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

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

x1,2 = -3 ± 3 2 -4 · 1 · ( -10 ) 21

x1,2 = -3 ± 9 +40 2

x1,2 = -3 ± 49 2

x1 = -3 + 49 2 = -3 +7 2 = 4 2 = 2

x2 = -3 - 49 2 = -3 -7 2 = -10 2 = -5

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 = ( 3 2 ) 2 - ( -10 ) = 9 4 + 10 = 9 4 + 40 4 = 49 4

x1,2 = - 3 2 ± 49 4

x1 = - 3 2 - 7 2 = - 10 2 = -5

x2 = - 3 2 + 7 2 = 4 2 = 2

An den Stellen x1 = -5 und x2 = 2 gilt also f(x)= -3.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( x -3 ) 4 +77 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -4.

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Es gilt f(x) = -4, also - ( x -3 ) 4 +77 = -4.

- ( x -3 ) 4 +77 = -4 | -77
- ( x -3 ) 4 = -81 |: ( -1 )
( x -3 ) 4 = 81 | 4

1. Fall

x -3 = - 81 4 = -3
x -3 = -3 | +3
x1 = 0

2. Fall

x -3 = 81 4 = 3
x -3 = 3 | +3
x2 = 6

An den Stellen x1 = 0 und x2 = 6 gilt also f(x)= -4.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

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 3 + 0 2 = 0 S1(0|0)

g( 1 ) = -3 1 3 + 1 2 = -2 S2( 1 | -2 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| - 3 2 ) und B(-2|-24 ) 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|-24 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: - 3 2 = a · 1 n
II: -24 = a · (-2) n

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

II: -24 = - 3 2 (-2) n | ⋅ ( - 2 3 )

16 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 3 2 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(1.7), g(1.7) und -h(1.7), 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(1.7) = - 1,7 2 < 0
  • g(1.7) = 1,7 3 > 0
  • -h(1.7) = - 1,7 4 < 0
  • Da g(1.7) 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 -f(1.7) > -h(1.7). 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:
    1.74 =1.72 ⋅ 1.7 ⋅ 1.7, d.h. 1.74 > 1.72, also gilt - 1.74 < - 1.72.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(1.7)= - 1,7 4 < -f(1.7)= - 1,7 2 < g(1.7)= 1,7 3 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(2) = 4 2 2 -2

= 44 -2

= 16 -2

= 14