Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= ( x +4 ) 3 -64 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 +4 ) 3 -64 = 0 | +64
( x +4 ) 3 = 64 | ⋅3
x +4 = 64 3 = 4
x +4 = 4 | -4
x = 0

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

S1(0|0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 4 -4 x 2 -5 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -5.

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Es gilt f(x) = -5, also x 4 -4 x 2 -5 = -5.

x 4 -4 x 2 -5 = -5 | +5
x 4 -4 x 2 -5 +5 = 0
x 4 -4 x 2 = 0
x 2 · ( x 2 -4 ) = 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 -4 = 0 | +4
x 2 = 4 | ⋅2
x2 = - 4 = -2
x3 = 4 = 2

An den Stellen x1 = -2 , x2 = 0 und x3 = 2 gilt also f(x)= -5.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x -5 ) 4 -21 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -5.

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Es gilt f(x) = -5, also ( x -5 ) 4 -21 = -5.

( x -5 ) 4 -21 = -5 | +21
( x -5 ) 4 = 16 | ⋅4

1. Fall

x -5 = - 16 4 = -2
x -5 = -2 | +5
x1 = 3

2. Fall

x -5 = 16 4 = 2
x -5 = 2 | +5
x2 = 7

An den Stellen x1 = 3 und x2 = 7 gilt also f(x)= -5.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 6 +12 x 3 -3 x 2 und g(x)= 4 x 3 -3 x 2 .

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

x 6 +12 x 3 -3 x 2 = 4 x 3 -3 x 2 | - ( 4 x 3 -3 x 2 )
x 6 +12 x 3 -4 x 3 -3 x 2 +3 x 2 = 0
x 6 +8 x 3 = 0
x 3 · ( x 3 +8 ) = 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 +8 = 0 | -8
x 3 = -8 | ⋅3
x2 = - 8 3 = -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 ) = 4⋅ ( -2 ) 3 -3⋅ ( -2 ) 2 = -44 ⇒ S1( -2 | -44 )

g(0) = 4⋅ 0 3 -3⋅ 0 2 = 0 ⇒ S2(0|0)

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| - 1 2 ) und B(3| - 27 2 ) 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(3| - 27 2 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: - 1 2 = a · 1 n
II: - 27 2 = a · 3 n

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

II: - 27 2 = - 1 2 ⋅ 3 n | ⋅ ( -2 )

27 = 3 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(-1.3), g(1.3) und h(1.3), 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(-1.3) = ( -1,3 ) 2 > 0
  • g(1.3) = 1,3 3 > 0
  • h(1.3) = 1,3 4 > 0
  • Da alle Werte positiv sind, schauen wir nur auf die Beträge:

    Und weil 1.3 > 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:
    1.33 =1.32 ⋅ 1.3 bzw. 1.34 =1.33 ⋅ 1.3.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    f(-1.3)= ( -1,3 ) 2 < g(1.3)= 1,3 3 < h(1.3)= 1,3 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -3 x 4 + x 2 -7 . Berechne den Funktionswert f(2).

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Wir setzen 2 einfach für x in f(x)= -3 x 4 + x 2 -7 ein:

f(2) = -3⋅ 2 4 + 2 2 -7

= -3⋅16 + 4 -7

= -48 +4 -7

= -44 -7

= -51