Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= - ( x -1 ) 3 -64 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 -1 ) 3 -64 = 0 | +64
- ( x -1 ) 3 = 64 |: ( -1 )
( x -1 ) 3 = -64 | 3
x -1 = - 64 3 = -4
x -1 = -4 | +1
x = -3

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

S1( -3 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 -8x +4 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -3.

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Es gilt f(x) = -3, also x 2 -8x +4 = -3.

x 2 -8x +4 = -3 | +3

x 2 -8x +7 = 0

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

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

x1,2 = +8 ± ( -8 ) 2 -4 · 1 · 7 21

x1,2 = +8 ± 64 -28 2

x1,2 = +8 ± 36 2

x1 = 8 + 36 2 = 8 +6 2 = 14 2 = 7

x2 = 8 - 36 2 = 8 -6 2 = 2 2 = 1

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 = ( -4 ) 2 - 7 = 16 - 7 = 9

x1,2 = 4 ± 9

x1 = 4 - 3 = 1

x2 = 4 + 3 = 7

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 x 4 +164 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 2.

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Es gilt f(x) = 2, also 2 x 4 +164 = 2.

2 x 4 +164 = 2 | -164
2 x 4 = -162 |:2
x 4 = -81 | 4

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!

Es gibt also keine Stelle x für die f(x)= 2 gilt.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 2 x 2 +128 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:

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

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( 4 ) = 2 4 3 +2 4 2 = 160 S1( 4 | 160 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|4) und B(2|128 ) 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|4) und B(2|128 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 4 = a · 1 n
II: 128 = a · 2 n

Aus I ergibt sich ja sofort 4 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: 128 = 4 2 n | ⋅ 1 4

32 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=5

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 4 x 5

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 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(-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, d.h. 0.84 < 0.82, also gilt - 0.84 > - 0.82.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(2) = -3 ( -22 +2 ) 2 +2

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

= -3 ( -2 ) 2 +2

= -34 +2

= -12 +2

= -10