Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= - ( x -3 ) 3 -125 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:

- ( x -3 ) 3 -125 = 0 | +125
- ( x -3 ) 3 = 125 |: ( -1 )
( x -3 ) 3 = -125 | 3
x -3 = - 125 3 = -5
x -3 = -5 | +3
x = -2

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

S1( -2 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

x 2 - x +4 = 4 | -4
x 2 - x +4 -4 = 0
x 2 - x = 0
x · ( x -1 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x2 = 1

An den Stellen x1 = 0 und x2 = 1 gilt also f(x)= 4.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( 4 +2x ) 3 +13 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -3.

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Es gilt f(x) = -3, also 2 ( 4 +2x ) 3 +13 = -3.

2 ( 4 +2x ) 3 +13 = -3
2 ( 2x +4 ) 3 +13 = -3 | -13
2 ( 2x +4 ) 3 = -16 |:2
( 2x +4 ) 3 = -8 | 3
2x +4 = - 8 3 = -2
2x +4 = -2 | -4
2x = -6 |:2
x = -3

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 2 x 3 +3 x 2 -18x +30 und g(x)= 2 x 3 +3 .

Lösung einblenden

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

2 x 3 +3 x 2 -18x +30 = 2 x 3 +3 | -2 x 3 -3
3 x 2 -18x +27 = 0 |:3

x 2 -6x +9 = 0

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

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

x1,2 = +6 ± ( -6 ) 2 -4 · 1 · 9 21

x1,2 = +6 ± 36 -36 2

x1,2 = +6 ± 0 2

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

x = 6 2 = 3

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 = ( -3 ) 2 - 9 = 9 - 9 = 0

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

x = 3 ± 0 = 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( 3 ) = 2 3 3 +3 = 57 S1( 3 | 57 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|1) und B(-3|-27 ) 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(-3|-27 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 1 = a · 1 n
II: -27 = a · (-3) n

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

II: -27 = (-3) n | ⋅ 1

-27 = (-3) 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(-1.6), g(-1.6) und -h(-1.6), 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(-1.6) = ( -1,6 ) 2 > 0
  • g(-1.6) = ( -1,6 ) 3 < 0
  • -h(-1.6) = - ( -1,6 ) 4 < 0
  • Da f(-1.6) 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 g(-1.6) > -h(-1.6). 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:
    1.64 =1.63 ⋅ 1.6, d.h. 1.64 > 1.63, also gilt - 1.64 < - 1.63.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(-1.6)= - ( -1,6 ) 4 < g(-1.6)= ( -1,6 ) 3 < f(-1.6)= ( -1,6 ) 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 3 x 5 -3x +6 . Berechne den Funktionswert f(1).

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Wir setzen 1 einfach für x in f(x)= 3 x 5 -3x +6 ein:

f(1) = 3 1 5 -31 +6

= 31 -3 +6

= 3 -3 +6

= 0 +6

= 6