Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= ( x +3 ) 3 +64 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 +3 ) 3 +64 = 0 | -64
( x +3 ) 3 = -64 | ⋅3
x +3 = - 64 3 = -4
x +3 = -4 | -3
x = -7

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

S1( -7 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 -2x -4 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -1.

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Es gilt f(x) = -1, also x 2 -2x -4 = -1.

x 2 -2x -4 = -1 | +1

x 2 -2x -3 = 0

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

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

x1,2 = +2 ± ( -2 ) 2 -4 · 1 · ( -3 ) 2⋅1

x1,2 = +2 ± 4 +12 2

x1,2 = +2 ± 16 2

x1 = 2 + 16 2 = 2 +4 2 = 6 2 = 3

x2 = 2 - 16 2 = 2 -4 2 = -2 2 = -1

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

x1,2 = 1 ± 4

x1 = 1 - 2 = -1

x2 = 1 + 2 = 3

An den Stellen x1 = -1 und x2 = 3 gilt also f(x)= -1.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 x 3 +252 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 2.

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Es gilt f(x) = 2, also 2 x 3 +252 = 2.

2 x 3 +252 = 2 | -252
2 x 3 = -250 |:2
x 3 = -125 | ⋅3
x = - 125 3 = -5

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= - x 4 -2x -19 und g(x)= -2x -3 .

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

- x 4 -2x -19 = -2x -3 | +19
- x 4 -2x = -2x +16 | +2x
- x 4 = 16 |: ( -1 )
x 4 = -16 | ⋅4

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!

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).

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|-3) und B(-2|-12 ) 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|-3) und B(-2|-12 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: -3 = a · 1 n
II: -12 = a · (-2) n

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

II: -12 = -3⋅ (-2) n | ⋅ ( - 1 3 )

4 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

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

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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(1.7) = - 1,7 2 < 0
  • -g(1.7) = - 1,7 3 < 0
  • -h(1.7) = - 1,7 4 < 0
  • Da alle Werte negativ sind, schauen wir zunächst nur auf die Beträge:

    Und weil 1.7 > 1 ist, werden die Betrags-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:
    1.73 =1.72 ⋅ 1.7 bzw. 1.74 =1.73 ⋅ 1.7,
    d.h. 1.73 > 1.72, also gilt - 1.73 < - 1.72 und 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)= x 3 +1 . Berechne den Funktionswert f(2).

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

f(2) = 2 3 +1

= 8 +1

= 9