Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 4 -8x 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 4 -8x = 0
x ( x 3 -8 ) = 0

Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 3 -8 = 0 | +8
x 3 = 8 | 3
x2 = 8 3 = 2

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

S1(0|0), S2( 2 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x ( x +5 ) ( x -4 ) . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

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Es gilt f(x) = 0, also x ( x +5 ) ( x -4 ) = 0.

x ( x +5 ) ( x -4 ) = 0

Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

( x +5 ) ( x -4 ) = 0

Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.

1. Fall:

x +5 = 0 | -5
x2 = -5

2. Fall:

x -4 = 0 | +4
x3 = 4

An den Stellen x1 = -5 , x2 = 0 und x3 = 4 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( x -3 ) 3 +247 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -3.

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Es gilt f(x) = -3, also 2 ( x -3 ) 3 +247 = -3.

2 ( x -3 ) 3 +247 = -3 | -247
2 ( x -3 ) 3 = -250 |:2
( x -3 ) 3 = -125 | 3
x -3 = - 125 3 = -5
x -3 = -5 | +3
x = -2

An der Stelle x1 = -2 gilt also f(x)= -3.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 5 x 2 -6x -173 und g(x)= 4x +2 .

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

5 x 2 -6x -173 = 4x +2 | -4x -2
5 x 2 -10x -175 = 0 |:5

x 2 -2x -35 = 0

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

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

x1,2 = +2 ± ( -2 ) 2 -4 · 1 · ( -35 ) 21

x1,2 = +2 ± 4 +140 2

x1,2 = +2 ± 144 2

x1 = 2 + 144 2 = 2 +12 2 = 14 2 = 7

x2 = 2 - 144 2 = 2 -12 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 = ( -1 ) 2 - ( -35 ) = 1+ 35 = 36

x1,2 = 1 ± 36

x1 = 1 - 6 = -5

x2 = 1 + 6 = 7

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( -5 ) = 4( -5 ) +2 = -18 S1( -5 | -18 )

g( 7 ) = 47 +2 = 30 S2( 7 | 30 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|-3) und B(-3|81 ) 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) und B(-3|81 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: -3 = a · 1 n
II: 81 = a · (-3) n

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

II: 81 = -3 (-3) n | ⋅ ( - 1 3 )

-27 = (-3) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= -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(-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 -g(0.7) 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(-0.7) > h(-0.7). 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:
    0.74 =0.72 ⋅ 0.7 ⋅ 0.7.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

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

= 2 2 2 -2

= 24 -2

= 8 -2

= 6