Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 4 +2 x 3 mit der x-Achse.

Lösung einblenden

An den Schnittpunkten mit der x-Achse müssen die Funktionswerte null sein, also müssen wir den Funktionsterm =0 setzen:

x 4 +2 x 3 = 0
x 3 · ( x +2 ) = 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 = 0 | -2
x2 = -2

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

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

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x -5 ) 2 · ( x +4 ) . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = 0, also ( x -5 ) 2 · ( x +4 ) = 0.

( x -5 ) 2 · ( x +4 ) = 0

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

1. Fall:

( x -5 ) 2 = 0 | ⋅2
x -5 = 0
x -5 = 0 | +5
x1 = 5

2. Fall:

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

An den Stellen x1 = -4 und x2 = 5 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( -3 +2x ) 3 +32 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 5.

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Es gilt f(x) = 5, also - ( -3 +2x ) 3 +32 = 5.

- ( -3 +2x ) 3 +32 = 5
- ( 2x -3 ) 3 +32 = 5 | -32
- ( 2x -3 ) 3 = -27 |: ( -1 )
( 2x -3 ) 3 = 27 | ⋅3
2x -3 = 27 3 = 3
2x -3 = 3 | +3
2x = 6 |:2
x = 3

An der Stelle x1 = 3 gilt also f(x)= 5.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 5 + x 2 -5x -1 und g(x)= -5x -1 .

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

x 5 + x 2 -5x -1 = -5x -1 | +1
x 5 + x 2 -5x = -5x | +5x
x 5 + x 2 -5x +5x = 0
x 5 + x 2 = 0
x 2 · ( x 3 +1 ) = 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 3 +1 = 0 | -1
x 3 = -1 | ⋅3
x2 = - 1 3 = -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 ) -1 = 4 ⇒ S1( -1 | 4 )

g(0) = -5⋅0 -1 = -1 ⇒ S2(0| -1 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 3 4 ) und B(-2|-24 ) auf dem Graphen der Funktion f mit f(x)= a · x n liegen.

Lösung einblenden

Wir setzen einfach die beiden Punkte A(1| 3 4 ) und B(-2|-24 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 3 4 = a · 1 n
II: -24 = a · (-2) n

Aus I ergibt sich ja sofort 3 4 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: -24 = 3 4 ⋅ (-2) n | ⋅ 4 3

-32 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=5

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 3 4 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(0.8), g(-0.8) und h(-0.8), 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(0.8) = 0,8 2 > 0
  • g(-0.8) = ( -0,8 ) 3 < 0
  • h(-0.8) = ( -0,8 ) 4 > 0
  • Da g(-0.8) der einzige negative Funktionswert ist, muss dieser also der kleinste sein.

    Und weil die anderen beiden Werte positiv sind, schauen wir nur auf die Beträge:

    Dabei gilt f(0.8) > h(-0.8). 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:
    0.84 =0.82 ⋅ 0.8 ⋅ 0.8.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -5 x 5 +1 . Berechne den Funktionswert f(2).

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Wir setzen 2 einfach für x in f(x)= -5 x 5 +1 ein:

f(2) = -5⋅ 2 5 +1

= -5⋅32 +1

= -160 +1

= -159