Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= 2 ( x +3 ) 4 -162 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 ) 4 -162 = 0 | +162
2 ( x +3 ) 4 = 162 |:2
( x +3 ) 4 = 81 | ⋅4

1. Fall

x +3 = - 81 4 = -3
x +3 = -3 | -3
x1 = -6

2. Fall

x +3 = 81 4 = 3
x +3 = 3 | -3
x2 = 0

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

S1( -6 |0), S2(0|0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x ( x -2 ) ( x -5 ) 2 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

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Es gilt f(x) = 0, also x ( x -2 ) ( x -5 ) 2 = 0.

x ( x -2 ) ( x -5 ) 2 = 0
x ( x -5 ) 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 -5 ) 2 · ( x -2 ) = 0

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

1. Fall:

( x -5 ) 2 = 0 | ⋅2
x -5 = 0
x -5 = 0 | +5
x2 = 5

2. Fall:

x -2 = 0 | +2
x3 = 2

An den Stellen x1 = 0, x2 = 2 und x3 = 5 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 x 3 -123 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 5.

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Es gilt f(x) = 5, also 2 x 3 -123 = 5.

2 x 3 -123 = 5 | +123
2 x 3 = 128 |:2
x 3 = 64 | ⋅3
x = 64 3 = 4

An der Stelle x1 = 4 gilt also f(x)= 5.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= -6 x 3 +2 x 2 -128 und g(x)= -4 x 3 +2 x 2 .

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

-6 x 3 +2 x 2 -128 = -4 x 3 +2 x 2 | +128 +4 x 3 -2 x 2
-2 x 3 = 128 |: ( -2 )
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 +2⋅ ( -4 ) 2 = 288 ⇒ S1( -4 | 288 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 1 2 ) und B(-2|-16 ) 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|-16 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 1 2 = a · 1 n
II: -16 = a · (-2) n

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

II: -16 = 1 2 ⋅ (-2) n | ⋅ 2

-32 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=5

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 1 2 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)= -2 ( 3x +7 ) 4 -4 . Berechne den Funktionswert f(-2).

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Wir setzen -2 einfach für x in f(x)= -2 ( 3x +7 ) 4 -4 ein:

f(-2) = -2⋅ ( 3⋅( -2 ) +7 ) 4 -4

= -2⋅ ( -6 +7 ) 4 -4

= -2⋅ 1 4 -4

= -2⋅1 -4

= -2 -4

= -6