Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 5 + x 2 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 + x 2 = 0
x 2 · ( x 3 +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 3 +1 = 0 | -1
x 3 = -1 | 3
x2 = - 1 3 = -1

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

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

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 4 + x +1 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 1.

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Es gilt f(x) = 1, also x 4 + x +1 = 1.

x 4 + x +1 = 1 | -1
x 4 + x +1 -1 = 0
x 4 + x = 0
x · ( x 3 +1 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 3 +1 = 0 | -1
x 3 = -1 | 3
x2 = - 1 3 = -1

An den Stellen x1 = -1 und x2 = 0 gilt also f(x)= 1.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( x +1 ) 4 +77 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -4.

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Es gilt f(x) = -4, also - ( x +1 ) 4 +77 = -4.

- ( x +1 ) 4 +77 = -4 | -77
- ( x +1 ) 4 = -81 |: ( -1 )
( x +1 ) 4 = 81 | 4

1. Fall

x +1 = - 81 4 = -3
x +1 = -3 | -1
x1 = -4

2. Fall

x +1 = 81 4 = 3
x +1 = 3 | -1
x2 = 2

An den Stellen x1 = -4 und x2 = 2 gilt also f(x)= -4.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= -2 x 3 -3x -13 und g(x)= -3x +3 .

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

-2 x 3 -3x -13 = -3x +3 | +13
-2 x 3 -3x = -3x +16 | +3x
-2 x 3 = 16 |: ( -2 )
x 3 = -8 | 3
x = - 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 = 9 S1( -2 | 9 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|-3) und B(2|-96 ) 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|-3) und B(2|-96 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: -3 = a · 1 n
II: -96 = a · 2 n

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

II: -96 = -3 2 n | ⋅ ( - 1 3 )

32 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=5

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= -3 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(-0.3), g(-0.3) und h(-0.3), 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(-0.3) = - ( -0,3 ) 2 < 0
  • g(-0.3) = ( -0,3 ) 3 < 0
  • h(-0.3) = ( -0,3 ) 4 > 0
  • Da h(-0.3) 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(-0.3) < g(-0.3). 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:
    0.33 =0.32 ⋅ 0.3, d.h. 0.33 < 0.32, also gilt - 0.33 > - 0.32.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(-0.3)= - ( -0,3 ) 2 < g(-0.3)= ( -0,3 ) 3 < h(-0.3)= ( -0,3 ) 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

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

= 3( -32 ) +3

= -96 +3

= -93