Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 4 + 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 4 + x 3 = 0
x 3 · ( x +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 +1 = 0 | -1
x2 = -1

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

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

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 -13 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 3.

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Es gilt f(x) = 3, also x 2 -13 = 3.

x 2 -13 = 3 | +13
x 2 = 16 | 2
x1 = - 16 = -4
x2 = 16 = 4

An den Stellen x1 = -4 und x2 = 4 gilt also f(x)= 3.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

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

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

- x 3 -3 = 5 | +3
- x 3 = 8 |: ( -1 )
x 3 = -8 | 3
x = - 8 3 = -2

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= -2 x 3 -5 x 2 +16 und g(x)= -4 x 3 -5 x 2 .

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

-2 x 3 -5 x 2 +16 = -4 x 3 -5 x 2 | -16 +4 x 3 +5 x 2
2 x 3 = -16 |:2
x 3 = -8 | 3
x = - 8 3 = -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 ) 2 = 12 S1( -2 | 12 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|1) und B(-2|-8 ) 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|-8 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 1 = a · 1 n
II: -8 = a · (-2) n

Aus I ergibt sich ja sofort 1 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: -8 = (-2) n | ⋅ 1

-8 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

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

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(-1.1), -g(1.1) und -h(1.1), 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(-1.1) = ( -1,1 ) 2 > 0
  • -g(1.1) = - 1,1 3 < 0
  • -h(1.1) = - 1,1 4 < 0
  • Da f(-1.1) 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(1.1) > -h(1.1). 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:
    1.14 =1.13 ⋅ 1.1, d.h. 1.14 > 1.13, also gilt - 1.14 < - 1.13.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(1.1)= - 1,1 4 < -g(1.1)= - 1,1 3 < f(-1.1)= ( -1,1 ) 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -5 x 4 -2 . Berechne den Funktionswert f(1).

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Wir setzen 1 einfach für x in f(x)= -5 x 4 -2 ein:

f(1) = -5 1 4 -2

= -51 -2

= -5 -2

= -7