Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= 2 ( x 2 -23 ) 3 -16 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:

2 ( x 2 -23 ) 3 -16 = 0 | +16
2 ( x 2 -23 ) 3 = 16 |:2
( x 2 -23 ) 3 = 8 | 3
x 2 -23 = 8 3 = 2
x 2 -23 = 2 | +23
x 2 = 25 | 2
x1 = - 25 = -5
x2 = 25 = 5

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

S1( -5 |0), S2( 5 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x -2 ) · ( x -5 ) . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = 0, also ( x -2 ) · ( x -5 ) = 0.

( x -2 ) · ( x -5 ) = 0

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

1. Fall:

x -2 = 0 | +2
x1 = 2

2. Fall:

x -5 = 0 | +5
x2 = 5

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( x +5 ) 3 +29 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 2.

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Es gilt f(x) = 2, also - ( x +5 ) 3 +29 = 2.

- ( x +5 ) 3 +29 = 2 | -29
- ( x +5 ) 3 = -27 |: ( -1 )
( x +5 ) 3 = 27 | 3
x +5 = 27 3 = 3
x +5 = 3 | -5
x = -2

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

x 5 -4 x 3 + x 2 +5 = -4 x 3 +5 | -5
x 5 -4 x 3 + x 2 = -4 x 3 | +4 x 3
x 5 -4 x 3 +4 x 3 + x 2 = 0
x 5 + x 2 = 0
x 2 · ( x 3 +1 ) = 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 3 +1 = 0 | -1
x 3 = -1 | 3
x2 = - 1 3 = -1

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( -1 ) = -4 ( -1 ) 3 +5 = 9 S1( -1 | 9 )

g(0) = -4 0 3 +5 = 5 S2(0| 5 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 1 2 ) und B(-3| 9 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| 9 2 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 1 2 = a · 1 n
II: 9 2 = a · (-3) n

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

II: 9 2 = 1 2 (-3) n | ⋅ 2

9 = (-3) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 1 2 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(1.2), -g(-1.2) und -h(1.2), 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(1.2) = 1,2 2 > 0
  • -g(-1.2) = - ( -1,2 ) 3 > 0
  • -h(1.2) = - 1,2 4 < 0
  • Da -h(1.2) 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(1.2) < -g(-1.2). 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:
    1.23 =1.22 ⋅ 1.2.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(1.2)= - 1,2 4 < f(1.2)= 1,2 2 < -g(-1.2)= - ( -1,2 ) 3 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 3 ( -3x -5 ) 3 +2 . Berechne den Funktionswert f(-1).

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Wir setzen -1 einfach für x in f(x)= 3 ( -3x -5 ) 3 +2 ein:

f(-1) = 3 ( -3( -1 ) -5 ) 3 +2

= 3 ( 3 -5 ) 3 +2

= 3 ( -2 ) 3 +2

= 3( -8 ) +2

= -24 +2

= -22