Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= ( x 2 -13 ) 3 -27 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 2 -13 ) 3 -27 = 0 | +27
( x 2 -13 ) 3 = 27 | 3
x 2 -13 = 27 3 = 3
x 2 -13 = 3 | +13
x 2 = 16 | 2
x1 = - 16 = -4
x2 = 16 = 4

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

S1( -4 |0), S2( 4 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

x 3 -4x +4 = 4 | -4
x 3 -4x +4 -4 = 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

An den Stellen x1 = -2 , x2 = 0 und x3 = 2 gilt also f(x)= 4.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

( x +4 ) 4 -12 = 4 | +12
( x +4 ) 4 = 16 | 4

1. Fall

x +4 = - 16 4 = -2
x +4 = -2 | -4
x1 = -6

2. Fall

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

An den Stellen x1 = -6 und x2 = -2 gilt also f(x)= 4.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

- x 3 -5x -59 = -5x +5 | +59
- x 3 -5x = -5x +64 | +5x
- x 3 = 64 |: ( -1 )
x 3 = -64 | 3
x = - 64 3 = -4

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( -4 ) = -5( -4 ) +5 = 25 S1( -4 | 25 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 1 3 ) und B(-4| 16 3 ) auf dem Graphen der Funktion f mit f(x)= a · x n liegen.

Lösung einblenden

Wir setzen einfach die beiden Punkte A(1| 1 3 ) und B(-4| 16 3 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 1 3 = a · 1 n
II: 16 3 = a · (-4) n

Aus I ergibt sich ja sofort 1 3 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: 16 3 = 1 3 (-4) n | ⋅ 3

16 = (-4) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 1 3 x 2

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(-0.6), -g(0.6) und h(-0.6), ohne sie wirklich auszurechnen.

Lösung einblenden
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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(-0.6) = ( -0,6 ) 2 > 0
  • -g(0.6) = - 0,6 3 < 0
  • h(-0.6) = ( -0,6 ) 4 > 0
  • Da -g(0.6) der einzige negative Funktionswert ist, muss dieser also der kleinste sein.

    Und weil die anderen beiden Werte positiv sind, schauen wir nur auf die Beträge:

    Dabei gilt f(-0.6) > h(-0.6). 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:
    0.64 =0.62 ⋅ 0.6 ⋅ 0.6.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -g(0.6)= - 0,6 3 < h(-0.6)= ( -0,6 ) 4 < f(-0.6)= ( -0,6 ) 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

f(-1) = -2 ( -1 ) 4 +3 ( -1 ) 3 +2

= -21 +3( -1 ) +2

= -2 -3 +2

= -5 +2

= -3