Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

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

x 3 -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 = 0

2. Fall:

x -2 = 0 | +2
x2 = 2

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

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

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

x 3 +2 x 2 -2 = -2 | +2
x 3 +2 x 2 -2 +2 = 0
x 3 +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 = 0

2. Fall:

x +2 = 0 | -2
x2 = -2

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x +2 ) 4 -85 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -4.

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Es gilt f(x) = -4, also ( x +2 ) 4 -85 = -4.

( x +2 ) 4 -85 = -4 | +85
( x +2 ) 4 = 81 | 4

1. Fall

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

2. Fall

x +2 = 81 4 = 3
x +2 = 3 | -2
x2 = 1

An den Stellen x1 = -5 und x2 = 1 gilt also f(x)= -4.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 4 x 3 +126 und g(x)= 5 x 3 +1 .

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

4 x 3 +126 = 5 x 3 +1 | -126
4 x 3 = 5 x 3 -125 | -5 x 3
- x 3 = -125 |: ( -1 )
x 3 = 125 | 3
x = 125 3 = 5

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( 5 ) = 5 5 3 +1 = 626 S1( 5 | 626 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|1) und B(2|32 ) 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) und B(2|32 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 1 = a · 1 n
II: 32 = a · 2 n

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

II: 32 = 2 n | ⋅ 1

32 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=5

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 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(1.4), -g(1.4) und -h(-1.4), 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(1.4) = - 1,4 2 < 0
  • -g(1.4) = - 1,4 3 < 0
  • -h(-1.4) = - ( -1,4 ) 4 < 0
  • Da alle Werte negativ sind, schauen wir zunächst nur auf die Beträge:

    Und weil 1.4 > 1 ist, werden die Betrags-Werte natürlich mit jeder Potenz immer größer. 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:
    1.43 =1.42 ⋅ 1.4 bzw. 1.44 =1.43 ⋅ 1.4,
    d.h. 1.43 > 1.42, also gilt - 1.43 < - 1.42 und 1.44 > 1.43, also gilt - 1.44 < - 1.43.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(-1.4)= - ( -1,4 ) 4 < -g(1.4)= - 1,4 3 < -f(1.4)= - 1,4 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 5 x 4 +3x +8 . Berechne den Funktionswert f(2).

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Wir setzen 2 einfach für x in f(x)= 5 x 4 +3x +8 ein:

f(2) = 5 2 4 +32 +8

= 516 +6 +8

= 80 +6 +8

= 86 +8

= 94