Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 5 -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 5 -4 x 3 = 0
x 3 · ( x 2 -4 ) = 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 2 -4 = 0 | +4
x 2 = 4 | 2
x2 = - 4 = -2
x3 = 4 = 2

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

S1( -2 |0), S2(0|0), S3( 2 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

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

An den Stellen x1 = -1 , x2 = 0 und x3 = 1 gilt also f(x)= -2.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( x 2 -5 ) 3 +130 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 2.

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Es gilt f(x) = 2, also -2 ( x 2 -5 ) 3 +130 = 2.

-2 ( x 2 -5 ) 3 +130 = 2 | -130
-2 ( x 2 -5 ) 3 = -128 |: ( -2 )
( x 2 -5 ) 3 = 64 | 3
x 2 -5 = 64 3 = 4
x 2 -5 = 4 | +5
x 2 = 9 | 2
x1 = - 9 = -3
x2 = 9 = 3

An den Stellen x1 = -3 und x2 = 3 gilt also f(x)= 2.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= -2 x 3 +4x +59 und g(x)= 4x +5 .

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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 +4x +59 = 4x +5 | -59
-2 x 3 +4x = 4x -54 | -4x
-2 x 3 = -54 |: ( -2 )
x 3 = 27 | 3
x = 27 3 = 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 ) = 43 +5 = 17 S1( 3 | 17 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|-3) und B(2|-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(2|-48 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: -3 = a · 1 n
II: -48 = a · 2 n

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

II: -48 = -3 2 n | ⋅ ( - 1 3 )

16 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= -3 x 4

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(1.5), -g(1.5) und -h(1.5), 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(1.5) = 1,5 2 > 0
  • -g(1.5) = - 1,5 3 < 0
  • -h(1.5) = - 1,5 4 < 0
  • Da f(1.5) 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(1.5) > -h(1.5). 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:
    1.54 =1.53 ⋅ 1.5, d.h. 1.54 > 1.53, also gilt - 1.54 < - 1.53.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(1.5)= - 1,5 4 < -g(1.5)= - 1,5 3 < f(1.5)= 1,5 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(1) = 3 ( 31 -2 ) 2 -2

= 3 ( 3 -2 ) 2 -2

= 3 1 2 -2

= 31 -2

= 3 -2

= 1