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 6 -8 x 3 -5 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -5.

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Es gilt f(x) = -5, also x 6 -8 x 3 -5 = -5.

x 6 -8 x 3 -5 = -5 | +5
x 6 -8 x 3 -5 +5 = 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

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x 2 -7 ) 3 -13 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -5.

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Es gilt f(x) = -5, also ( x 2 -7 ) 3 -13 = -5.

( x 2 -7 ) 3 -13 = -5 | +13
( x 2 -7 ) 3 = 8 | 3
x 2 -7 = 8 3 = 2
x 2 -7 = 2 | +7
x 2 = 9 | 2
x1 = - 9 = -3
x2 = 9 = 3

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= -5 x 4 +183 x 2 -3x und g(x)= 3 x 2 -3x .

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

-5 x 4 +183 x 2 -3x = 3 x 2 -3x | - ( 3 x 2 -3x )
-5 x 4 +183 x 2 -3 x 2 -3x +3x = 0
-5 x 4 +180 x 2 = 0
5 x 2 · ( - x 2 +36 ) = 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 +36 = 0 | -36
- x 2 = -36 |: ( -1 )
x 2 = 36 | 2
x2 = - 36 = -6
x3 = 36 = 6

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( -6 ) = 3 ( -6 ) 2 -3( -6 ) = 126 S1( -6 | 126 )

g(0) = 3 0 2 -30 = 0 S2(0|0)

g( 6 ) = 3 6 2 -36 = 90 S3( 6 | 90 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 2 3 ) und B(-2| - 16 3 ) 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| 2 3 ) und B(-2| - 16 3 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 2 3 = a · 1 n
II: - 16 3 = a · (-2) n

Aus I ergibt sich ja sofort 2 3 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: - 16 3 = 2 3 (-2) n | ⋅ 3 2

-8 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 2 3 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(1.1), -g(-1.1) und h(-1.1), 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(1.1) = 1,1 2 > 0
  • -g(-1.1) = - ( -1,1 ) 3 > 0
  • h(-1.1) = ( -1,1 ) 4 > 0
  • Da alle Werte positiv sind, schauen wir nur auf die Beträge:

    Und weil 1.1 > 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:
    1.13 =1.12 ⋅ 1.1 bzw. 1.14 =1.13 ⋅ 1.1.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    f(1.1)= 1,1 2 < -g(-1.1)= - ( -1,1 ) 3 < h(-1.1)= ( -1,1 ) 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(2) = -2 ( 32 -5 ) 2 -5

= -2 ( 6 -5 ) 2 -5

= -2 1 2 -5

= -21 -5

= -2 -5

= -7