Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 6 -8 x 3 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 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

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 -3 ) ( x -5 ) 2 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

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Es gilt f(x) = 0, also x ( x -3 ) ( x -5 ) 2 = 0.

x ( x -3 ) ( x -5 ) 2 = 0
x ( x -5 ) 2 · ( x -3 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

( x -5 ) 2 · ( x -3 ) = 0

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

1. Fall:

( x -5 ) 2 = 0 | 2
x -5 = 0
x -5 = 0 | +5
x2 = 5

2. Fall:

x -3 = 0 | +3
x3 = 3

An den Stellen x1 = 0, x2 = 3 und x3 = 5 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( x +4 ) 4 +30 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

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Es gilt f(x) = -2, also -2 ( x +4 ) 4 +30 = -2.

-2 ( x +4 ) 4 +30 = -2 | -30
-2 ( x +4 ) 4 = -32 |: ( -2 )
( 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)= -2.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 4 +2 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 4 +2 x 3 +3 x 2 = 4 x 3 +3 x 2 | - ( 4 x 3 +3 x 2 )
x 4 +2 x 3 -4 x 3 +3 x 2 -3 x 2 = 0
x 4 -2 x 3 = 0
x 3 · ( x -2 ) = 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 -2 = 0 | +2
x2 = 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(0) = 4 0 3 +3 0 2 = 0 S1(0|0)

g( 2 ) = 4 2 3 +3 2 2 = 44 S2( 2 | 44 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 4 3 ) und B(-3|12 ) 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| 4 3 ) und B(-3|12 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 4 3 = a · 1 n
II: 12 = a · (-3) n

Aus I ergibt sich ja sofort 4 3 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: 12 = 4 3 (-3) n | ⋅ 3 4

9 = (-3) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 4 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(1.5), -g(1.5) und h(-1.5), 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(1.5) = 1,5 2 > 0
  • -g(1.5) = - 1,5 3 < 0
  • h(-1.5) = ( -1,5 ) 4 > 0
  • Da -g(1.5) 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(1.5) < h(-1.5). 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:
    1.54 =1.52 ⋅ 1.5 ⋅ 1.5.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -g(1.5)= - 1,5 3 < f(1.5)= 1,5 2 < h(-1.5)= ( -1,5 ) 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -3 ( -3x -4 ) 2 +5 . Berechne den Funktionswert f(-2).

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Wir setzen -2 einfach für x in f(x)= -3 ( -3x -4 ) 2 +5 ein:

f(-2) = -3 ( -3( -2 ) -4 ) 2 +5

= -3 ( 6 -4 ) 2 +5

= -3 2 2 +5

= -34 +5

= -12 +5

= -7