Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= 2 x 3 -128 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:

2 x 3 -128 = 0 | +128
2 x 3 = 128 |:2
x 3 = 64 | 3
x = 64 3 = 4

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

S1( 4 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 3 + x 2 -1 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -1.

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Es gilt f(x) = -1, also x 3 + x 2 -1 = -1.

x 3 + x 2 -1 = -1 | +1
x 3 + x 2 -1 +1 = 0
x 3 + x 2 = 0
x 2 ( x +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 +1 = 0 | -1
x2 = -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 -5 ) 3 +24 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -3.

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Es gilt f(x) = -3, also - ( x -5 ) 3 +24 = -3.

- ( x -5 ) 3 +24 = -3 | -24
- ( x -5 ) 3 = -27 |: ( -1 )
( x -5 ) 3 = 27 | 3
x -5 = 27 3 = 3
x -5 = 3 | +5
x = 8

An der Stelle x1 = 8 gilt also f(x)= -3.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 3 x 3 +4x +64 und g(x)= 4 x 3 +4x .

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

3 x 3 +4x +64 = 4 x 3 +4x | -64 -4 x 3 -4x
- x 3 = -64 |: ( -1 )
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 ) = 4 4 3 +44 = 272 S1( 4 | 272 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| - 3 4 ) und B(2|-24 ) 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 4 ) und B(2|-24 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: - 3 4 = a · 1 n
II: -24 = a · 2 n

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

II: -24 = - 3 4 2 n | ⋅ ( - 4 3 )

32 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=5

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 3 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(0.4), -g(0.4) und h(0.4), 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(0.4) = - 0,4 2 < 0
  • -g(0.4) = - 0,4 3 < 0
  • h(0.4) = 0,4 4 > 0
  • Da h(0.4) 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(0.4) < -g(0.4). 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:
    0.43 =0.42 ⋅ 0.4, d.h. 0.43 < 0.42, also gilt - 0.43 > - 0.42.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(0.4)= - 0,4 2 < -g(0.4)= - 0,4 3 < h(0.4)= 0,4 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( -3x +8 ) 3 -4 . Berechne den Funktionswert f(2).

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Wir setzen 2 einfach für x in f(x)= 2 ( -3x +8 ) 3 -4 ein:

f(2) = 2 ( -32 +8 ) 3 -4

= 2 ( -6 +8 ) 3 -4

= 2 2 3 -4

= 28 -4

= 16 -4

= 12