Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= - x 3 +2 x 2 +24x 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 +24x = 0
x · ( - x 2 +2x +24 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

- x 2 +2x +24 = 0

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

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

x2,3 = -2 ± 2 2 -4 · ( -1 ) · 24 2( -1 )

x2,3 = -2 ± 4 +96 -2

x2,3 = -2 ± 100 -2

x2 = -2 + 100 -2 = -2 +10 -2 = 8 -2 = -4

x3 = -2 - 100 -2 = -2 -10 -2 = -12 -2 = 6

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

Um die Gleichung auf die Form "x² + px + q = 0" zu bekommen, müssen wir zuerst die ganze Gleichung durch "-1 " teilen:

- x 2 +2x +24 = 0 |: -1

x 2 -2x -24 = 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 - ( -24 ) = 1+ 24 = 25

x1,2 = 1 ± 25

x1 = 1 - 5 = -4

x2 = 1 + 5 = 6

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

S1( -4 |0), S2(0|0), S3( 6 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x -3 ) 2 · ( x +4 ) . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = 0, also ( x -3 ) 2 · ( x +4 ) = 0.

( x -3 ) 2 · ( x +4 ) = 0

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

1. Fall:

( x -3 ) 2 = 0 | 2
x -3 = 0
x -3 = 0 | +3
x1 = 3

2. Fall:

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

An den Stellen x1 = -4 und x2 = 3 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( x -3 ) 4 +17 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 1.

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Es gilt f(x) = 1, also - ( x -3 ) 4 +17 = 1.

- ( x -3 ) 4 +17 = 1 | -17
- ( x -3 ) 4 = -16 |: ( -1 )
( x -3 ) 4 = 16 | 4

1. Fall

x -3 = - 16 4 = -2
x -3 = -2 | +3
x1 = 1

2. Fall

x -3 = 16 4 = 2
x -3 = 2 | +3
x2 = 5

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 2 +5x -3 und g(x)= 3x -3 .

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

x 2 +5x -3 = 3x -3 | +3
x 2 +5x = 3x | -3x
x 2 +5x -3x = 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( -2 ) = 3( -2 ) -3 = -9 S1( -2 | -9 )

g(0) = 30 -3 = -3 S2(0| -3 )

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(-0.9), g(0.9) und h(0.9), 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(-0.9) = ( -0,9 ) 2 > 0
  • g(0.9) = 0,9 3 > 0
  • h(0.9) = 0,9 4 > 0
  • Da alle Werte positiv sind, schauen wir nur auf die Beträge:

    Und weil 0.9 < 1 ist, werden die Werte mit jeder Potenz immer kleiner. 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:
    0.93 =0.92 ⋅ 0.9 bzw. 0.94 =0.93 ⋅ 0.9.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    h(0.9)= 0,9 4 < g(0.9)= 0,9 3 < f(-0.9)= ( -0,9 ) 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

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

= -416 +24 -2

= -64 +8 -2

= -56 -2

= -58