Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 3 -4x 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 -4x = 0
x · ( x 2 -4 ) = 0

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

1. Fall:

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

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

x ( x +2 ) · ( x -2 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

( x +2 ) · ( x -2 ) = 0

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

1. Fall:

x +2 = 0 | -2
x2 = -2

2. Fall:

x -2 = 0 | +2
x3 = 2

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( -8 -3x ) 3 -126 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -1.

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Es gilt f(x) = -1, also - ( -8 -3x ) 3 -126 = -1.

- ( -8 -3x ) 3 -126 = -1
- ( -3x -8 ) 3 -126 = -1 | +126
- ( -3x -8 ) 3 = 125 |: ( -1 )
( -3x -8 ) 3 = -125 | ⋅3
-3x -8 = - 125 3 = -5
-3x -8 = -5 | +8
-3x = 3 |:(-3 )
x = -1

An der Stelle x1 = -1 gilt also f(x)= -1.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

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

x 3 +3 x 2 +4 = x 2 +4 | -4
x 3 +3 x 2 = x 2 | - x 2
x 3 +3 x 2 - x 2 = 0
x 3 +2 x 2 = 0
x 2 · ( x +2 ) = 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 = 0 | -2
x2 = -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 ) 2 +4 = 8 ⇒ S1( -2 | 8 )

g(0) = 0 2 +4 = 4 ⇒ S2(0| 4 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 1 2 ) und B(-2|8 ) 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|8 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 1 2 = a · 1 n
II: 8 = a · (-2) n

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

II: 8 = 1 2 ⋅ (-2) n | ⋅ 2

16 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 1 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(-1.3), g(1.3) und -h(1.3), 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(-1.3) = - ( -1,3 ) 2 < 0
  • g(1.3) = 1,3 3 > 0
  • -h(1.3) = - 1,3 4 < 0
  • Da g(1.3) 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(-1.3) > -h(1.3). 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:
    1.34 =1.32 ⋅ 1.3 ⋅ 1.3, d.h. 1.34 > 1.32, also gilt - 1.34 < - 1.32.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(1.3)= - 1,3 4 < -f(-1.3)= - ( -1,3 ) 2 < g(1.3)= 1,3 3 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( -2x +6 ) 2 +1 . Berechne den Funktionswert f(2).

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Wir setzen 2 einfach für x in f(x)= ( -2x +6 ) 2 +1 ein:

f(2) = ( -2⋅2 +6 ) 2 +1

= ( -4 +6 ) 2 +1

= 2 2 +1

= 4 +1

= 5