Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= - x 4 +16 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 +16 = 0 | -16
- x 4 = -16 |: ( -1 )
x 4 = 16 | 4
x1 = - 16 4 = -2
x2 = 16 4 = 2

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

S1( -2 |0), S2( 2 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 6 + x 3 -2 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

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Es gilt f(x) = -2, also x 6 + x 3 -2 = -2.

x 6 + x 3 -2 = -2 | +2
x 6 + x 3 -2 +2 = 0
x 6 + x 3 = 0
x 3 · ( x 3 +1 ) = 0

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

1. Fall:

x 3 = 0 | 3
x1 = 0

2. Fall:

x 3 +1 = 0 | -1
x 3 = -1 | 3
x2 = - 1 3 = -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)= - ( x 2 -6 ) 3 +24 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -3.

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Es gilt f(x) = -3, also - ( x 2 -6 ) 3 +24 = -3.

- ( x 2 -6 ) 3 +24 = -3 | -24
- ( x 2 -6 ) 3 = -27 |: ( -1 )
( x 2 -6 ) 3 = 27 | 3
x 2 -6 = 27 3 = 3
x 2 -6 = 3 | +6
x 2 = 9 | 2
x1 = - 9 = -3
x2 = 9 = 3

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

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

x 2 -6x -4 = -4x -4 | +4
x 2 -6x = -4x | +4x
x 2 -6x +4x = 0
x 2 -2x = 0
x · ( x -2 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x -2 = 0 | +2
x2 = 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(0) = -40 -4 = -4 S1(0| -4 )

g( 2 ) = -42 -4 = -12 S2( 2 | -12 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

I: 2 = a · 1 n
II: 8 = a · 2 n

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

II: 8 = 2 2 n | ⋅ 1 2

4 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 2 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(-1.7), -g(-1.7) und -h(-1.7), 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(-1.7) = ( -1,7 ) 2 > 0
  • -g(-1.7) = - ( -1,7 ) 3 > 0
  • -h(-1.7) = - ( -1,7 ) 4 < 0
  • Da -h(-1.7) 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(-1.7) < -g(-1.7). 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:
    1.73 =1.72 ⋅ 1.7.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(-1.7)= - ( -1,7 ) 4 < f(-1.7)= ( -1,7 ) 2 < -g(-1.7)= - ( -1,7 ) 3 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(2) = 5 2 3 -32 +5

= 58 -6 +5

= 40 -6 +5

= 34 +5

= 39