Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= 4 x 4 -36 x 3 +80 x 2 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:

4 x 4 -36 x 3 +80 x 2 = 0
4 x 2 ( x 2 -9x +20 ) = 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 2 -9x +20 = 0

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

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

x2,3 = +9 ± ( -9 ) 2 -4 · 1 · 20 21

x2,3 = +9 ± 81 -80 2

x2,3 = +9 ± 1 2

x2 = 9 + 1 2 = 9 +1 2 = 10 2 = 5

x3 = 9 - 1 2 = 9 -1 2 = 8 2 = 4

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

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

D = ( - 9 2 ) 2 - 20 = 81 4 - 20 = 81 4 - 80 4 = 1 4

x1,2 = 9 2 ± 1 4

x1 = 9 2 - 1 2 = 8 2 = 4

x2 = 9 2 + 1 2 = 10 2 = 5

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

S1(0|0), S2( 4 |0), S3( 5 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x ( x +5 ) ( x +3 ) . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

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Es gilt f(x) = 0, also x ( x +5 ) ( x +3 ) = 0.

x ( x +5 ) ( x +3 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

( x +5 ) ( x +3 ) = 0

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

1. Fall:

x +5 = 0 | -5
x2 = -5

2. Fall:

x +3 = 0 | -3
x3 = -3

An den Stellen x1 = -5 , x2 = -3 und x3 = 0 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x -5 ) 4 -21 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -5.

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Es gilt f(x) = -5, also ( x -5 ) 4 -21 = -5.

( x -5 ) 4 -21 = -5 | +21
( x -5 ) 4 = 16 | 4

1. Fall

x -5 = - 16 4 = -2
x -5 = -2 | +5
x1 = 3

2. Fall

x -5 = 16 4 = 2
x -5 = 2 | +5
x2 = 7

An den Stellen x1 = 3 und x2 = 7 gilt also f(x)= -5.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

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

x 4 - x 2 +2x -2 = 2x -2 | +2
x 4 - x 2 +2x = 2x | -2x
x 4 - x 2 +2x -2x = 0
x 4 - x 2 = 0
x 2 ( x 2 -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 2 -1 = 0 | +1
x 2 = 1 | 2
x2 = - 1 = -1
x3 = 1 = 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 ) = 2( -1 ) -2 = -4 S1( -1 | -4 )

g(0) = 20 -2 = -2 S2(0| -2 )

g( 1 ) = 21 -2 = 0 S3( 1 |0)

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

I: 1 2 = a · 1 n
II: 2 = a · 2 n

Aus I ergibt sich ja sofort 1 2 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: 2 = 1 2 2 n | ⋅ 2

4 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 1 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(-0.6), g(0.6) und -h(0.6), 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(-0.6) = - ( -0,6 ) 2 < 0
  • g(0.6) = 0,6 3 > 0
  • -h(0.6) = - 0,6 4 < 0
  • Da g(0.6) 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 -f(-0.6) < -h(0.6). 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:
    0.64 =0.62 ⋅ 0.6 ⋅ 0.6, d.h. 0.64 < 0.62, also gilt - 0.64 > - 0.62.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(-0.6)= - ( -0,6 ) 2 < -h(0.6)= - 0,6 4 < g(0.6)= 0,6 3 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( x +2 ) 3 +4 . Berechne den Funktionswert f(-1).

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

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

= 2 1 3 +4

= 21 +4

= 2 +4

= 6