Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 6 - 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 6 - x 3 = 0
x 3 · ( x 3 -1 ) = 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 3 -1 = 0 | +1
x 3 = 1 | 3
x2 = 1 3 = 1

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

S1(0|0), S2( 1 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

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

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( x +1 ) 3 +254 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 4.

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Es gilt f(x) = 4, also -2 ( x +1 ) 3 +254 = 4.

-2 ( x +1 ) 3 +254 = 4 | -254
-2 ( x +1 ) 3 = -250 |: ( -2 )
( x +1 ) 3 = 125 | 3
x +1 = 125 3 = 5
x +1 = 5 | -1
x = 4

An der Stelle x1 = 4 gilt also f(x)= 4.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

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

x 3 + x +4 = 5x +4 | -4
x 3 + x = 5x | -5x
x 3 + x -5x = 0
x 3 -4x = 0
x · ( x 2 -4 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 2 -4 = 0 | +4
x 2 = 4 | 2
x2 = - 4 = -2
x3 = 4 = 2

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( -2 ) = 5( -2 ) +4 = -6 S1( -2 | -6 )

g(0) = 50 +4 = 4 S2(0| 4 )

g( 2 ) = 52 +4 = 14 S3( 2 | 14 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|-4) und B(2|-64 ) 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|-4) und B(2|-64 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: -4 = a · 1 n
II: -64 = a · 2 n

Aus I ergibt sich ja sofort -4 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: -64 = -4 2 n | ⋅ ( - 1 4 )

16 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= -4 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 alle Werte positiv sind, schauen wir nur auf die Beträge:

    Und weil 1.5 > 1 ist, werden die 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:
    1.53 =1.52 ⋅ 1.5 bzw. 1.54 =1.53 ⋅ 1.5.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(1) = - 1 4 +4

= -1 +4

= 3