Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 3 -27 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 3 -27 = 0 | +27
x 3 = 27 | 3
x = 27 3 = 3

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

S1( 3 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 +2x -32 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 3.

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Es gilt f(x) = 3, also x 2 +2x -32 = 3.

x 2 +2x -32 = 3 | -3

x 2 +2x -35 = 0

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

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

x1,2 = -2 ± 2 2 -4 · 1 · ( -35 ) 21

x1,2 = -2 ± 4 +140 2

x1,2 = -2 ± 144 2

x1 = -2 + 144 2 = -2 +12 2 = 10 2 = 5

x2 = -2 - 144 2 = -2 -12 2 = -14 2 = -7

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 = 1 2 - ( -35 ) = 1+ 35 = 36

x1,2 = -1 ± 36

x1 = -1 - 6 = -7

x2 = -1 + 6 = 5

An den Stellen x1 = -7 und x2 = 5 gilt also f(x)= 3.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( x -5 ) 4 -159 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 3.

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Es gilt f(x) = 3, also 2 ( x -5 ) 4 -159 = 3.

2 ( x -5 ) 4 -159 = 3 | +159
2 ( x -5 ) 4 = 162 |:2
( x -5 ) 4 = 81 | 4

1. Fall

x -5 = - 81 4 = -3
x -5 = -3 | +5
x1 = 2

2. Fall

x -5 = 81 4 = 3
x -5 = 3 | +5
x2 = 8

An den Stellen x1 = 2 und x2 = 8 gilt also f(x)= 3.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 4 - x -18 und g(x)= -x -2 .

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

x 4 - x -18 = -x -2 | +18
x 4 - x = -x +16 | + x
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 ) = -( -2 ) -2 = 0 S1( -2 |0)

g( 2 ) = -2 -2 = -4 S2( 2 | -4 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

I: 1 3 = a · 1 n
II: 4 3 = a · (-2) n

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

II: 4 3 = 1 3 (-2) n | ⋅ 3

4 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 1 3 x 2

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(-1.6), g(-1.6) und h(-1.6), 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(-1.6) = - ( -1,6 ) 2 < 0
  • g(-1.6) = ( -1,6 ) 3 < 0
  • h(-1.6) = ( -1,6 ) 4 > 0
  • Da h(-1.6) 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(-1.6) > g(-1.6). 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:
    1.63 =1.62 ⋅ 1.6, d.h. 1.63 > 1.62, also gilt - 1.63 < - 1.62.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    g(-1.6)= ( -1,6 ) 3 < -f(-1.6)= - ( -1,6 ) 2 < h(-1.6)= ( -1,6 ) 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -4 x 5 +3x -2 . Berechne den Funktionswert f(-2).

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Wir setzen -2 einfach für x in f(x)= -4 x 5 +3x -2 ein:

f(-2) = -4 ( -2 ) 5 +3( -2 ) -2

= -4( -32 ) -6 -2

= 128 -6 -2

= 122 -2

= 120