Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 3 - 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 3 - x = 0
x · ( x 2 -1 ) = 0

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

1. Fall:

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 2 -10x +22 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 1.

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Es gilt f(x) = 1, also x 2 -10x +22 = 1.

x 2 -10x +22 = 1 | -1

x 2 -10x +21 = 0

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

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

x1,2 = +10 ± ( -10 ) 2 -4 · 1 · 21 21

x1,2 = +10 ± 100 -84 2

x1,2 = +10 ± 16 2

x1 = 10 + 16 2 = 10 +4 2 = 14 2 = 7

x2 = 10 - 16 2 = 10 -4 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 = ( -5 ) 2 - 21 = 25 - 21 = 4

x1,2 = 5 ± 4

x1 = 5 - 2 = 3

x2 = 5 + 2 = 7

An den Stellen x1 = 3 und x2 = 7 gilt also f(x)= 1.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 x 3 +20 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 4.

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Es gilt f(x) = 4, also -2 x 3 +20 = 4.

-2 x 3 +20 = 4 | -20
-2 x 3 = -16 |: ( -2 )
x 3 = 8 | 3
x = 8 3 = 2

An der Stelle x1 = 2 gilt also f(x)= 4.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 5 -4 x 3 - x +4 und g(x)= -x +4 .

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

x 5 -4 x 3 - x +4 = -x +4 | -4
x 5 -4 x 3 - x = -x | + x
x 5 -4 x 3 - x + x = 0
x 5 -4 x 3 = 0
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

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 ) +4 = 6 S1( -2 | 6 )

g(0) = -0 +4 = 4 S2(0| 4 )

g( 2 ) = -2 +4 = 2 S3( 2 | 2 )

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(-0.8), -g(0.8) und h(-0.8), 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(-0.8) = ( -0,8 ) 2 > 0
  • -g(0.8) = - 0,8 3 < 0
  • h(-0.8) = ( -0,8 ) 4 > 0
  • Da -g(0.8) der einzige negative Funktionswert ist, muss dieser also der kleinste sein.

    Und weil die anderen beiden Werte positiv sind, schauen wir nur auf die Beträge:

    Dabei gilt f(-0.8) > h(-0.8). 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:
    0.84 =0.82 ⋅ 0.8 ⋅ 0.8.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -g(0.8)= - 0,8 3 < h(-0.8)= ( -0,8 ) 4 < f(-0.8)= ( -0,8 ) 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 4 x 3 +2 . Berechne den Funktionswert f(-1).

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Wir setzen -1 einfach für x in f(x)= 4 x 3 +2 ein:

f(-1) = 4 ( -1 ) 3 +2

= 4( -1 ) +2

= -4 +2

= -2