Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

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

2 ( x -2 ) 3 -16 = 0 | +16
2 ( x -2 ) 3 = 16 |:2
( x -2 ) 3 = 8 | 3
x -2 = 8 3 = 2
x -2 = 2 | +2
x = 4

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

S1( 4 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 -6x +3 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -5.

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Es gilt f(x) = -5, also x 2 -6x +3 = -5.

x 2 -6x +3 = -5 | +5

x 2 -6x +8 = 0

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

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

x1,2 = +6 ± ( -6 ) 2 -4 · 1 · 8 21

x1,2 = +6 ± 36 -32 2

x1,2 = +6 ± 4 2

x1 = 6 + 4 2 = 6 +2 2 = 8 2 = 4

x2 = 6 - 4 2 = 6 -2 2 = 4 2 = 2

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 = ( -3 ) 2 - 8 = 9 - 8 = 1

x1,2 = 3 ± 1

x1 = 3 - 1 = 2

x2 = 3 + 1 = 4

An den Stellen x1 = 2 und x2 = 4 gilt also f(x)= -5.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x +4 ) 3 -29 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

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Es gilt f(x) = -2, also ( x +4 ) 3 -29 = -2.

( x +4 ) 3 -29 = -2 | +29
( x +4 ) 3 = 27 | 3
x +4 = 27 3 = 3
x +4 = 3 | -4
x = -1

An der Stelle x1 = -1 gilt also f(x)= -2.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

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

5 x 3 + x = 4 x 3 +5x | - ( 4 x 3 +5x )
5 x 3 -4 x 3 + x -5x = 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 ) = 4 ( -2 ) 3 +5( -2 ) = -42 S1( -2 | -42 )

g(0) = 4 0 3 +50 = 0 S2(0|0)

g( 2 ) = 4 2 3 +52 = 42 S3( 2 | 42 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|-3) und B(-2|-48 ) 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|-3) und B(-2|-48 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: -3 = a · 1 n
II: -48 = a · (-2) n

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

II: -48 = -3 (-2) n | ⋅ ( - 1 3 )

16 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= -3 x 4

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(0.8), g(-0.8) und -h(-0.8), 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(0.8) = - 0,8 2 < 0
  • g(-0.8) = ( -0,8 ) 3 < 0
  • -h(-0.8) = - ( -0,8 ) 4 < 0
  • Da alle Werte negativ sind, schauen wir zunächst nur auf die Beträge:

    Und weil 0.8 < 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:
    0.83 =0.82 ⋅ 0.8 bzw. 0.84 =0.83 ⋅ 0.8,
    d.h. 0.83 < 0.82, also gilt - 0.83 > - 0.82 und 0.84 < 0.83, also gilt - 0.84 > - 0.83.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(0.8)= - 0,8 2 < g(-0.8)= ( -0,8 ) 3 < -h(-0.8)= - ( -0,8 ) 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 3 ( 2x -4 ) 2 -3 . Berechne den Funktionswert f(1).

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Wir setzen 1 einfach für x in f(x)= 3 ( 2x -4 ) 2 -3 ein:

f(1) = 3 ( 21 -4 ) 2 -3

= 3 ( 2 -4 ) 2 -3

= 3 ( -2 ) 2 -3

= 34 -3

= 12 -3

= 9