Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 4 -4 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 4 -4 x 2 = 0
x 2 ( x 2 -4 ) = 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 -4 = 0 | +4
x 2 = 4 | 2
x2 = - 4 = -2
x3 = 4 = 2

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

S1( -2 |0), S2(0|0), S3( 2 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

x 2 +2 = 3 | -2
x 2 = 1 | 2
x1 = - 1 = -1
x2 = 1 = 1

An den Stellen x1 = -1 und x2 = 1 gilt also f(x)= 3.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( 5 +2x ) 3 -251 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -1.

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Es gilt f(x) = -1, also 2 ( 5 +2x ) 3 -251 = -1.

2 ( 5 +2x ) 3 -251 = -1
2 ( 2x +5 ) 3 -251 = -1 | +251
2 ( 2x +5 ) 3 = 250 |:2
( 2x +5 ) 3 = 125 | 3
2x +5 = 125 3 = 5
2x +5 = 5 | -5
2x = 0 |:2
x = 0

An der Stelle x1 = 0 gilt also f(x)= -1.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 6 x 3 -5x und g(x)= 5 x 3 - x .

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

6 x 3 -5x = 5 x 3 - x | - ( 5 x 3 - x )
6 x 3 -5 x 3 -5x + x = 0
x 3 -4x = 0
x ( x 2 -4 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 2 -4 = 0 | +4
x 2 = 4 | 2
x2 = - 4 = -2
x3 = 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 - ( -2 ) = -38 S1( -2 | -38 )

g(0) = 5 0 3 - 0 = 0 S2(0|0)

g( 2 ) = 5 2 3 - 2 = 38 S3( 2 | 38 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| - 1 2 ) und B(4|-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| - 1 2 ) und B(4|-8 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: - 1 2 = a · 1 n
II: -8 = a · 4 n

Aus I ergibt sich ja sofort - 1 2 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: -8 = - 1 2 4 n | ⋅ ( -2 )

16 = 4 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 1 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(0.3), -g(0.3) und -h(0.3), 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(0.3) = - 0,3 2 < 0
  • -g(0.3) = - 0,3 3 < 0
  • -h(0.3) = - 0,3 4 < 0
  • Da alle Werte negativ sind, schauen wir zunächst nur auf die Beträge:

    Und weil 0.3 < 1 ist, werden die Betrags-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:
    0.33 =0.32 ⋅ 0.3 bzw. 0.34 =0.33 ⋅ 0.3,
    d.h. 0.33 < 0.32, also gilt - 0.33 > - 0.32 und 0.34 < 0.33, also gilt - 0.34 > - 0.33.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(0.3)= - 0,3 2 < -g(0.3)= - 0,3 3 < -h(0.3)= - 0,3 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 x 2 +2x -3 . Berechne den Funktionswert f(1).

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Wir setzen 1 einfach für x in f(x)= -2 x 2 +2x -3 ein:

f(1) = -2 1 2 +21 -3

= -21 +2 -3

= -2 +2 -3

= 0 -3

= -3