Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= - x 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 +64 = 0 | -64
- x 3 = -64 |: ( -1 )
x 3 = 64 | 3
x = 64 3 = 4

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

S1( 4 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 5 + x 2 -5 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -5.

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Es gilt f(x) = -5, also x 5 + x 2 -5 = -5.

x 5 + x 2 -5 = -5 | +5
x 5 + x 2 -5 +5 = 0
x 5 + x 2 = 0
x 2 · ( x 3 +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 3 +1 = 0 | -1
x 3 = -1 | 3
x2 = - 1 3 = -1

An den Stellen x1 = -1 und x2 = 0 gilt also f(x)= -5.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x -4 ) 3 -67 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -3.

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Es gilt f(x) = -3, also ( x -4 ) 3 -67 = -3.

( x -4 ) 3 -67 = -3 | +67
( x -4 ) 3 = 64 | 3
x -4 = 64 3 = 4
x -4 = 4 | +4
x = 8

An der Stelle x1 = 8 gilt also f(x)= -3.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 6 x 2 -2x -1 und g(x)= 5 x 2 +2 .

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

6 x 2 -2x -1 = 5 x 2 +2 | -5 x 2 -2

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 ) 21

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

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 ) 2 +2 = 7 S1( -1 | 7 )

g( 3 ) = 5 3 2 +2 = 47 S2( 3 | 47 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|-3) und B(-4|-48 ) 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(-4|-48 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: -3 = a · 1 n
II: -48 = a · (-4) n

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

II: -48 = -3 (-4) n | ⋅ ( - 1 3 )

16 = (-4) 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(1.2), g(-1.2) und h(-1.2), 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(1.2) = - 1,2 2 < 0
  • g(-1.2) = ( -1,2 ) 3 < 0
  • h(-1.2) = ( -1,2 ) 4 > 0
  • Da h(-1.2) 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(1.2) > g(-1.2). 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:
    1.23 =1.22 ⋅ 1.2, d.h. 1.23 > 1.22, also gilt - 1.23 < - 1.22.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    g(-1.2)= ( -1,2 ) 3 < -f(1.2)= - 1,2 2 < h(-1.2)= ( -1,2 ) 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

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

= 3 2 3 +3

= 38 +3

= 24 +3

= 27