Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= -2 ( x +3 ) 4 -32 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:

-2 ( x +3 ) 4 -32 = 0 | +32
-2 ( x +3 ) 4 = 32 |: ( -2 )
( x +3 ) 4 = -16 | 4

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!

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

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

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

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

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

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( x +3 ) 4 +35 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 3.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = 3, also 2 ( x +3 ) 4 +35 = 3.

2 ( x +3 ) 4 +35 = 3 | -35
2 ( x +3 ) 4 = -32 |:2
( x +3 ) 4 = -16 | 4

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!

Es gibt also keine Stelle x für die f(x)= 3 gilt.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 4 + x 2 +9x und g(x)= x 2 + x .

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

x 4 + x 2 +9x = x 2 + x | - ( x 2 + x )
x 4 + x 2 - x 2 +9x - x = 0
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

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( -2 ) = ( -2 ) 2 -2 = 2 S1( -2 | 2 )

g(0) = 0 2 +0 = 0 S2(0|0)

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|1) und B(2|8 ) 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) und B(2|8 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 1 = a · 1 n
II: 8 = a · 2 n

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

II: 8 = 2 n | ⋅ 1

8 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 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(-1.6), g(1.6) und -h(1.6), 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(-1.6) = - ( -1,6 ) 2 < 0
  • g(1.6) = 1,6 3 > 0
  • -h(1.6) = - 1,6 4 < 0
  • Da g(1.6) der einzige positive Funktionswert ist, muss dieser also der größte sein.

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

    Dabei gilt -f(-1.6) > -h(1.6). 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:
    1.64 =1.62 ⋅ 1.6 ⋅ 1.6, d.h. 1.64 > 1.62, also gilt - 1.64 < - 1.62.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(1.6)= - 1,6 4 < -f(-1.6)= - ( -1,6 ) 2 < g(1.6)= 1,6 3 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(1) = ( 21 -4 ) 3 +1

= ( 2 -4 ) 3 +1

= ( -2 ) 3 +1

= ( -8 ) +1

= -7