Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 4 - 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 4 - x 2 = 0
x 2 ( x 2 -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 2 -1 = 0 | +1
x 2 = 1 | 2
x2 = - 1 = -1
x3 = 1 = 1

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

S1( -1 |0), S2(0|0), S3( 1 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 4 -4 x 2 -5 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -5.

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Es gilt f(x) = -5, also x 4 -4 x 2 -5 = -5.

x 4 -4 x 2 -5 = -5 | +5
x 4 -4 x 2 -5 +5 = 0
x 4 -4 x 2 = 0
x 2 ( x 2 -4 ) = 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 2 -4 = 0 | +4
x 2 = 4 | 2
x2 = - 4 = -2
x3 = 4 = 2

An den Stellen x1 = -2 , x2 = 0 und x3 = 2 gilt also f(x)= -5.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - x 3 +68 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 4.

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Es gilt f(x) = 4, also - x 3 +68 = 4.

- x 3 +68 = 4 | -68
- x 3 = -64 |: ( -1 )
x 3 = 64 | 3
x = 64 3 = 4

An der Stelle x1 = 4 gilt also f(x)= 4.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

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

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

g(0) = 3 0 3 -20 = 0 S2(0|0)

g( 1 ) = 3 1 3 -21 = 1 S3( 1 | 1 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|-2) und B(2|-64 ) 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|-2) und B(2|-64 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: -2 = a · 1 n
II: -64 = a · 2 n

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

II: -64 = -2 2 n | ⋅ ( - 1 2 )

32 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=5

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= -2 x 5

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(-0.5), -g(0.5) und -h(0.5), 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(-0.5) = ( -0,5 ) 2 > 0
  • -g(0.5) = - 0,5 3 < 0
  • -h(0.5) = - 0,5 4 < 0
  • Da f(-0.5) 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 -g(0.5) < -h(0.5). 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:
    0.54 =0.53 ⋅ 0.5, d.h. 0.54 < 0.53, also gilt - 0.54 > - 0.53.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -g(0.5)= - 0,5 3 < -h(0.5)= - 0,5 4 < f(-0.5)= ( -0,5 ) 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(-1) = 3 ( -2( -1 ) -4 ) 2 +1

= 3 ( 2 -4 ) 2 +1

= 3 ( -2 ) 2 +1

= 34 +1

= 12 +1

= 13