Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 5 + x 2 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 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

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

S1( -1 |0), S2(0|0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 6 -8 x 3 -3 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -3.

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

x 6 -8 x 3 -3 = -3 | +3
x 6 -8 x 3 -3 +3 = 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)= -3.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 x 3 -49 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 5.

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Es gilt f(x) = 5, also -2 x 3 -49 = 5.

-2 x 3 -49 = 5 | +49
-2 x 3 = 54 |: ( -2 )
x 3 = -27 | 3
x = - 27 3 = -3

An der Stelle x1 = -3 gilt also f(x)= 5.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

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

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

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 2 -1 = 0 | +1
x 2 = 1 | 2
x2 = - 1 = -1
x3 = 1 = 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 ) = 3 ( -1 ) 3 +4( -1 ) = -7 S1( -1 | -7 )

g(0) = 3 0 3 +40 = 0 S2(0|0)

g( 1 ) = 3 1 3 +41 = 7 S3( 1 | 7 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

I: 1 2 = a · 1 n
II: 8 = a · 2 n

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

II: 8 = 1 2 2 n | ⋅ 2

16 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 1 2 x 4

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(-1.7), -g(-1.7) und h(1.7), 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(-1.7) = - ( -1,7 ) 2 < 0
  • -g(-1.7) = - ( -1,7 ) 3 > 0
  • h(1.7) = 1,7 4 > 0
  • Da -f(-1.7) 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 -g(-1.7) < h(1.7). 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:
    1.74 =1.73 ⋅ 1.7.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(-1.7)= - ( -1,7 ) 2 < -g(-1.7)= - ( -1,7 ) 3 < h(1.7)= 1,7 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(2) = -4 2 4 +2

= -416 +2

= -64 +2

= -62