Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 3 - x 2 mit der x-Achse.

Lösung einblenden

An den Schnittpunkten mit der x-Achse müssen die Funktionswerte null sein, also müssen wir den Funktionsterm =0 setzen:

x 3 - x 2 = 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 = 0

2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x2 = 1

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

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

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x ( x -4 ) · ( x -4 ) . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = 0, also x ( x -4 ) · ( x -4 ) = 0.

x ( x -4 ) · ( x -4 ) = 0
x ( x -4 ) 2 = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

( x -4 ) 2 = 0 | 2
x -4 = 0
x -4 = 0 | +4
x2 = 4

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( 4 -2x ) 3 -124 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 4.

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Es gilt f(x) = 4, also 2 ( 4 -2x ) 3 -124 = 4.

2 ( 4 -2x ) 3 -124 = 4
2 ( -2x +4 ) 3 -124 = 4 | +124
2 ( -2x +4 ) 3 = 128 |:2
( -2x +4 ) 3 = 64 | 3
-2x +4 = 64 3 = 4
-2x +4 = 4 | -4
-2x = 0 |:(-2 )
x = 0

An der Stelle x1 = 0 gilt also f(x)= 4.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

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

3 x 3 -2 x 2 - x = 2 x 3 -2 x 2 | - ( 2 x 3 -2 x 2 )
3 x 3 -2 x 3 -2 x 2 +2 x 2 - x = 0
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

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 ( -1 ) 2 = -4 S1( -1 | -4 )

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

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

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

I: 1 2 = a · 1 n
II: 2 = a · 2 n

Aus I ergibt sich ja sofort 1 2 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: 2 = 1 2 2 n | ⋅ 2

4 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 1 2 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(1.2), -g(-1.2) und h(-1.2), ohne sie wirklich auszurechnen.

Lösung einblenden
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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(1.2) = - 1,2 2 < 0
  • -g(-1.2) = - ( -1,2 ) 3 > 0
  • h(-1.2) = ( -1,2 ) 4 > 0
  • Da -f(1.2) 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 -g(-1.2) < h(-1.2). 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:
    1.24 =1.23 ⋅ 1.2.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(1.2)= - 1,2 2 < -g(-1.2)= - ( -1,2 ) 3 < h(-1.2)= ( -1,2 ) 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(2) = -4 2 4 -52 -2

= -416 -10 -2

= -64 -10 -2

= -74 -2

= -76