Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= - x 3 -27 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 -27 = 0 | +27
- x 3 = 27 |: ( -1 )
x 3 = -27 | 3
x = - 27 3 = -3

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

S1( -3 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 -12x +31 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -4.

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Es gilt f(x) = -4, also x 2 -12x +31 = -4.

x 2 -12x +31 = -4 | +4

x 2 -12x +35 = 0

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

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

x1,2 = +12 ± ( -12 ) 2 -4 · 1 · 35 21

x1,2 = +12 ± 144 -140 2

x1,2 = +12 ± 4 2

x1 = 12 + 4 2 = 12 +2 2 = 14 2 = 7

x2 = 12 - 4 2 = 12 -2 2 = 10 2 = 5

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 = ( -6 ) 2 - 35 = 36 - 35 = 1

x1,2 = 6 ± 1

x1 = 6 - 1 = 5

x2 = 6 + 1 = 7

An den Stellen x1 = 5 und x2 = 7 gilt also f(x)= -4.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 x 3 -255 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -5.

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Es gilt f(x) = -5, also -2 x 3 -255 = -5.

-2 x 3 -255 = -5 | +255
-2 x 3 = 250 |: ( -2 )
x 3 = -125 | 3
x = - 125 3 = -5

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 4 x 3 +22 und g(x)= 3 x 3 -5 .

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

4 x 3 +22 = 3 x 3 -5 | -22
4 x 3 = 3 x 3 -27 | -3 x 3
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 ) = 3 ( -3 ) 3 -5 = -86 S1( -3 | -86 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| - 3 4 ) 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 4 ) und B(-2|-12 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: - 3 4 = a · 1 n
II: -12 = a · (-2) n

Aus I ergibt sich ja sofort - 3 4 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: -12 = - 3 4 (-2) n | ⋅ ( - 4 3 )

16 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 3 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(0.7), g(-0.7) und -h(-0.7), 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(0.7) = - 0,7 2 < 0
  • g(-0.7) = ( -0,7 ) 3 < 0
  • -h(-0.7) = - ( -0,7 ) 4 < 0
  • Da alle Werte negativ sind, schauen wir zunächst nur auf die Beträge:

    Und weil 0.7 < 1 ist, werden die Betrags-Werte mit jeder Potenz immer kleiner. 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:
    0.73 =0.72 ⋅ 0.7 bzw. 0.74 =0.73 ⋅ 0.7,
    d.h. 0.73 < 0.72, also gilt - 0.73 > - 0.72 und 0.74 < 0.73, also gilt - 0.74 > - 0.73.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(0.7)= - 0,7 2 < g(-0.7)= ( -0,7 ) 3 < -h(-0.7)= - ( -0,7 ) 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( 3x -5 ) 4 -2 . Berechne den Funktionswert f(1).

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Wir setzen 1 einfach für x in f(x)= - ( 3x -5 ) 4 -2 ein:

f(1) = - ( 31 -5 ) 4 -2

= - ( 3 -5 ) 4 -2

= - ( -2 ) 4 -2

= -16 -2

= -18