Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= - x 3 +8 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 +8 = 0 | -8
- x 3 = -8 |: ( -1 )
x 3 = 8 | ⋅3
x = 8 3 = 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 -6x +4 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -4.

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Es gilt f(x) = -4, also x 2 -6x +4 = -4.

x 2 -6x +4 = -4 | +4

x 2 -6x +8 = 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 · 8 2⋅1

x1,2 = +6 ± 36 -32 2

x1,2 = +6 ± 4 2

x1 = 6 + 4 2 = 6 +2 2 = 8 2 = 4

x2 = 6 - 4 2 = 6 -2 2 = 4 2 = 2

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 - 8 = 9 - 8 = 1

x1,2 = 3 ± 1

x1 = 3 - 1 = 2

x2 = 3 + 1 = 4

An den Stellen x1 = 2 und x2 = 4 gilt also f(x)= -4.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

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

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

- x 3 +4 = -4 | -4
- x 3 = -8 |: ( -1 )
x 3 = 8 | ⋅3
x = 8 3 = 2

An der Stelle x1 = 2 gilt also f(x)= -4.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= - x 3 -5 x 2 +23 und g(x)= -5 x 2 -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 -5 x 2 +23 = -5 x 2 -4 | -23
- x 3 -5 x 2 = -5 x 2 -27 | +5 x 2
- x 3 = -27 |: ( -1 )
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 ) = -5⋅ 3 2 -4 = -49 ⇒ S1( 3 | -49 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

I: - 1 2 = a · 1 n
II: 4 = a · (-2) n

Aus I ergibt sich ja sofort - 1 2 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: 4 = - 1 2 ⋅ (-2) n | ⋅ ( -2 )

-8 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 1 2 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(-0.8), g(-0.8) und h(0.8), 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(-0.8) = - ( -0,8 ) 2 < 0
  • g(-0.8) = ( -0,8 ) 3 < 0
  • h(0.8) = 0,8 4 > 0
  • Da h(0.8) 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(-0.8) < g(-0.8). 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:
    0.83 =0.82 ⋅ 0.8, d.h. 0.83 < 0.82, also gilt - 0.83 > - 0.82.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(-0.8)= - ( -0,8 ) 2 < g(-0.8)= ( -0,8 ) 3 < h(0.8)= 0,8 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(1) = 2⋅ ( -3⋅1 +2 ) 3 -3

= 2⋅ ( -3 +2 ) 3 -3

= 2⋅ ( -1 ) 3 -3

= 2⋅( -1 ) -3

= -2 -3

= -5