Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= 3 x 4 +12 x 3 -15 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:

3 x 4 +12 x 3 -15 x 2 = 0
3 x 2 · ( x 2 +4x -5 ) = 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 2 +4x -5 = 0

Lösen mit der a-b-c-Formel (Mitternachtsformel):

eingesetzt in x1,2 = - b ± b 2 -4a · c 2a ergibt:

x2,3 = -4 ± 4 2 -4 · 1 · ( -5 ) 21

x2,3 = -4 ± 16 +20 2

x2,3 = -4 ± 36 2

x2 = -4 + 36 2 = -4 +6 2 = 2 2 = 1

x3 = -4 - 36 2 = -4 -6 2 = -10 2 = -5

Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):

vor dem Einsetzen in x1,2 = - p 2 ± ( p 2 ) 2 - q
berechnen wir zuerst die Diskriminante D = ( p 2 ) 2 - q :

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

x1,2 = -2 ± 9

x1 = -2 - 3 = -5

x2 = -2 + 3 = 1

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

S1( -5 |0), S2(0|0), S3( 1 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

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

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

1. Fall:

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

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

1. Fall:

x +2 = 0 | -2
x1 = -2

2. Fall:

x -2 = 0 | +2
x2 = 2

2. Fall:

x3 = 0

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( x -3 ) 3 +251 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 1.

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Es gilt f(x) = 1, also -2 ( x -3 ) 3 +251 = 1.

-2 ( x -3 ) 3 +251 = 1 | -251
-2 ( x -3 ) 3 = -250 |: ( -2 )
( x -3 ) 3 = 125 | 3
x -3 = 125 3 = 5
x -3 = 5 | +3
x = 8

An der Stelle x1 = 8 gilt also f(x)= 1.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 4 +5 x 3 -21 und g(x)= 5 x 3 -5 .

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

x 4 +5 x 3 -21 = 5 x 3 -5 | +21
x 4 +5 x 3 = 5 x 3 +16 | -5 x 3
x 4 = 16 | 4
x1 = - 16 4 = -2
x2 = 16 4 = 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 ) = 5 ( -2 ) 3 -5 = -45 S1( -2 | -45 )

g( 2 ) = 5 2 3 -5 = 35 S2( 2 | 35 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 1 3 ) und B(2| 8 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| 1 3 ) und B(2| 8 3 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 1 3 = a · 1 n
II: 8 3 = a · 2 n

Aus I ergibt sich ja sofort 1 3 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: 8 3 = 1 3 2 n | ⋅ 3

8 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 1 3 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(-0.5), g(0.5) und -h(-0.5), ohne sie wirklich auszurechnen.

Lösung einblenden
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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(-0.5) = ( -0,5 ) 2 > 0
  • g(0.5) = 0,5 3 > 0
  • -h(-0.5) = - ( -0,5 ) 4 < 0
  • Da -h(-0.5) 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(-0.5) > g(0.5). 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:
    0.53 =0.52 ⋅ 0.5.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(-0.5)= - ( -0,5 ) 4 < g(0.5)= 0,5 3 < f(-0.5)= ( -0,5 ) 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

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

= 3( -32 ) +34 -5

= -96 +12 -5

= -84 -5

= -89