Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 5 -4 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:

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

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 4 -8x +2 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 2.

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

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

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 3 -8 = 0 | +8
x 3 = 8 | 3
x2 = 8 3 = 2

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( 4 +3x ) 3 -11 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 5.

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Es gilt f(x) = 5, also -2 ( 4 +3x ) 3 -11 = 5.

-2 ( 4 +3x ) 3 -11 = 5
-2 ( 3x +4 ) 3 -11 = 5 | +11
-2 ( 3x +4 ) 3 = 16 |: ( -2 )
( 3x +4 ) 3 = -8 | 3
3x +4 = - 8 3 = -2
3x +4 = -2 | -4
3x = -6 |:3
x = -2

An der Stelle x1 = -2 gilt also f(x)= 5.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 4 +3 x 3 +8x +2 und g(x)= 3 x 3 +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 +8x +2 = 3 x 3 +2 | -2
x 4 +3 x 3 +8x = 3 x 3 | -3 x 3
x 4 +3 x 3 -3 x 3 +8x = 0
x 4 +8x = 0
x · ( x 3 +8 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 3 +8 = 0 | -8
x 3 = -8 | 3
x2 = - 8 3 = -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 ) = 3 ( -2 ) 3 +2 = -22 S1( -2 | -22 )

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

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| - 4 3 ) und B(2| - 64 3 ) 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 3 ) und B(2| - 64 3 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: - 4 3 = a · 1 n
II: - 64 3 = a · 2 n

Aus I ergibt sich ja sofort - 4 3 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: - 64 3 = - 4 3 2 n | ⋅ ( - 3 4 )

16 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 4 3 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(-0.9), g(-0.9) und -h(0.9), 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(-0.9) = ( -0,9 ) 2 > 0
  • g(-0.9) = ( -0,9 ) 3 < 0
  • -h(0.9) = - 0,9 4 < 0
  • Da f(-0.9) 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 g(-0.9) < -h(0.9). 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:
    0.94 =0.93 ⋅ 0.9, d.h. 0.94 < 0.93, also gilt - 0.94 > - 0.93.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    g(-0.9)= ( -0,9 ) 3 < -h(0.9)= - 0,9 4 < f(-0.9)= ( -0,9 ) 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 3 x 2 -5x -3 . Berechne den Funktionswert f(-2).

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Wir setzen -2 einfach für x in f(x)= 3 x 2 -5x -3 ein:

f(-2) = 3 ( -2 ) 2 -5( -2 ) -3

= 34 +10 -3

= 12 +10 -3

= 22 -3

= 19