Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

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

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

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

x 2 + x -2 = -2 | +2
x 2 + x -2 +2 = 0
x 2 + x = 0
x · ( x +1 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

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

An den Stellen x1 = -1 und x2 = 0 gilt also f(x)= -2.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( x -2 ) 3 -19 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -3.

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Es gilt f(x) = -3, also 2 ( x -2 ) 3 -19 = -3.

2 ( x -2 ) 3 -19 = -3 | +19
2 ( x -2 ) 3 = 16 |:2
( x -2 ) 3 = 8 | 3
x -2 = 8 3 = 2
x -2 = 2 | +2
x = 4

An der Stelle x1 = 4 gilt also f(x)= -3.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= - x 3 +3x +31 und g(x)= 3x +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 +3x +31 = 3x +4 | -31
- x 3 +3x = 3x -27 | -3x
- x 3 = -27 |: ( -1 )
x 3 = 27 | 3
x = 27 3 = 3

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( 3 ) = 33 +4 = 13 S1( 3 | 13 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

I: - 1 4 = a · 1 n
II: -2 = a · 2 n

Aus I ergibt sich ja sofort - 1 4 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: -2 = - 1 4 2 n | ⋅ ( -4 )

8 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 1 4 x 3

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 -h(-0.9) 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 f(0.9) > -g(-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:
    0.93 =0.92 ⋅ 0.9.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 x 5 +4 x 2 -9 . Berechne den Funktionswert f(-2).

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Wir setzen -2 einfach für x in f(x)= -2 x 5 +4 x 2 -9 ein:

f(-2) = -2 ( -2 ) 5 +4 ( -2 ) 2 -9

= -2( -32 ) +44 -9

= 64 +16 -9

= 80 -9

= 71