Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= -2 x 5 +16 x 4 -32 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:

-2 x 5 +16 x 4 -32 x 3 = 0
2 x 3 ( - x 2 +8x -16 ) = 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 +8x -16 = 0

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

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

x2,3 = -8 ± 8 2 -4 · ( -1 ) · ( -16 ) 2( -1 )

x2,3 = -8 ± 64 -64 -2

x2,3 = -8 ± 0 -2

Da die Wurzel Null ist, gibt es nur eine Lösung:

x = -8 -2 = 4

Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):

Um die Gleichung auf die Form "x² + px + q = 0" zu bekommen, müssen wir zuerst die ganze Gleichung durch "-1 " teilen:

- x 2 +8x -16 = 0 |: -1

x 2 -8x +16 = 0

vor dem Einsetzen in x1,2 = - p 2 ± ( p 2 ) 2 - q
berechnen wir zuerst die Diskriminante D = ( p 2 ) 2 - q :

D = ( -4 ) 2 - 16 = 16 - 16 = 0

Da die Diskriminante D = 0 ist, hat die quadratische Gleichung nur eine Lösunng.

x = 4 ± 0 = 4

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

S1(0|0), S2( 4 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 6 +8 x 3 -1 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -1.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = -1, also x 6 +8 x 3 -1 = -1.

x 6 +8 x 3 -1 = -1 | +1
x 6 +8 x 3 -1 +1 = 0
x 6 +8 x 3 = 0
x 3 ( x 3 +8 ) = 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 3 +8 = 0 | -8
x 3 = -8 | 3
x2 = - 8 3 = -2

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x -2 ) 3 +28 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 1.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = 1, also ( x -2 ) 3 +28 = 1.

( x -2 ) 3 +28 = 1 | -28
( x -2 ) 3 = -27 | 3
x -2 = - 27 3 = -3
x -2 = -3 | +2
x = -1

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

x 6 -4 x 3 - x 2 = -5 x 3 - x 2 | - ( -5 x 3 - x 2 )
x 6 -4 x 3 +5 x 3 - x 2 + x 2 = 0
x 6 + x 3 = 0
x 3 ( x 3 +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 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 ) 3 - ( -1 ) 2 = 4 S1( -1 | 4 )

g(0) = -5 0 3 - 0 2 = 0 S2(0|0)

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|-2) und B(-3|-18 ) auf dem Graphen der Funktion f mit f(x)= a · x n liegen.

Lösung einblenden

Wir setzen einfach die beiden Punkte A(1|-2) und B(-3|-18 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: -2 = a · 1 n
II: -18 = a · (-3) n

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

II: -18 = -2 (-3) n | ⋅ ( - 1 2 )

9 = (-3) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= -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(1.7), g(-1.7) und -h(1.7), ohne sie wirklich auszurechnen.

Lösung einblenden
Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

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(1.7) = 1,7 2 > 0
  • g(-1.7) = ( -1,7 ) 3 < 0
  • -h(1.7) = - 1,7 4 < 0
  • Da f(1.7) der einzige positive Funktionswert ist, muss dieser also der größte sein.

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

    Dabei gilt g(-1.7) > -h(1.7). 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:
    1.74 =1.73 ⋅ 1.7, d.h. 1.74 > 1.73, also gilt - 1.74 < - 1.73.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(1.7)= - 1,7 4 < g(-1.7)= ( -1,7 ) 3 < f(1.7)= 1,7 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

f(2) = -4 2 3 -32 +2

= -48 -6 +2

= -32 -6 +2

= -38 +2

= -36