Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= ( x -4 ) 4 +81 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 +81 = 0 | -81
( x -4 ) 4 = -81 | 4

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!

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

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x -1 ) 2 · ( x -2 ) . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

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Es gilt f(x) = 0, also ( x -1 ) 2 · ( x -2 ) = 0.

( x -1 ) 2 · ( x -2 ) = 0

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

1. Fall:

( x -1 ) 2 = 0 | 2
x -1 = 0
x -1 = 0 | +1
x1 = 1

2. Fall:

x -2 = 0 | +2
x2 = 2

An den Stellen x1 = 1 und x2 = 2 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( x +1 ) 3 +59 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -5.

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Es gilt f(x) = -5, also - ( x +1 ) 3 +59 = -5.

- ( x +1 ) 3 +59 = -5 | -59
- ( x +1 ) 3 = -64 |: ( -1 )
( x +1 ) 3 = 64 | 3
x +1 = 64 3 = 4
x +1 = 4 | -1
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)= -4 x 3 - x 2 +5 und g(x)= -5 x 3 +5 .

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

-4 x 3 - x 2 +5 = -5 x 3 +5 | -5
-4 x 3 - x 2 = -5 x 3 | +5 x 3
-4 x 3 +5 x 3 - x 2 = 0
x 3 - x 2 = 0
x 2 · ( x -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 -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(0) = -5 0 3 +5 = 5 S1(0| 5 )

g( 1 ) = -5 1 3 +5 = 0 S2( 1 |0)

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|-2) 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|-2) und B(2|-32 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: -2 = a · 1 n
II: -32 = a · 2 n

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

II: -32 = -2 2 n | ⋅ ( - 1 2 )

16 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= -2 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(1.3), -g(-1.3) und h(-1.3), 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(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)= -4 x 3 +2 . Berechne den Funktionswert f(-1).

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

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

= -4( -1 ) +2

= 4 +2

= 6