Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 5 - x 3 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 5 - x 3 = 0
x 3 · ( x 2 -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 2 -1 = 0 | +1
x 2 = 1 | 2
x2 = - 1 = -1
x3 = 1 = 1

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

S1( -1 |0), S2(0|0), S3( 1 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 4 -8x +3 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 3.

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Es gilt f(x) = 3, also x 4 -8x +3 = 3.

x 4 -8x +3 = 3 | -3
x 4 -8x +3 -3 = 0
x 4 -8x = 0
x · ( x 3 -8 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 3 -8 = 0 | +8
x 3 = 8 | 3
x2 = 8 3 = 2

An den Stellen x1 = 0 und x2 = 2 gilt also f(x)= 3.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - x 3 +123 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

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Es gilt f(x) = -2, also - x 3 +123 = -2.

- x 3 +123 = -2 | -123
- x 3 = -125 |: ( -1 )
x 3 = 125 | 3
x = 125 3 = 5

An der Stelle x1 = 5 gilt also f(x)= -2.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 6 x 2 -3x und g(x)= 5 x 2 -4x .

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

6 x 2 -3x = 5 x 2 -4x | - ( 5 x 2 -4x )
6 x 2 -5 x 2 -3x +4x = 0
x 2 + x = 0
x · ( x +1 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x +1 = 0 | -1
x2 = -1

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( -1 ) = 5 ( -1 ) 2 -4( -1 ) = 9 S1( -1 | 9 )

g(0) = 5 0 2 -40 = 0 S2(0|0)

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(-1.3), -g(-1.3) und h(1.3), ohne sie wirklich auszurechnen.

Lösung einblenden
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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(-1.3) = ( -1,3 ) 2 > 0
  • -g(-1.3) = - ( -1,3 ) 3 > 0
  • h(1.3) = 1,3 4 > 0
  • Da alle Werte positiv sind, schauen wir nur auf die Beträge:

    Und weil 1.3 > 1 ist, werden die 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:
    1.33 =1.32 ⋅ 1.3 bzw. 1.34 =1.33 ⋅ 1.3.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    f(-1.3)= ( -1,3 ) 2 < -g(-1.3)= - ( -1,3 ) 3 < h(1.3)= 1,3 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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Wir setzen -2 einfach für x in f(x)= -2 ( -x -4 ) 2 -5 ein:

f(-2) = -2 ( -( -2 ) -4 ) 2 -5

= -2 ( 2 -4 ) 2 -5

= -2 ( -2 ) 2 -5

= -24 -5

= -8 -5

= -13