Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 4 + 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 4 + x 3 = 0
x 3 · ( x +1 ) = 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 +1 = 0 | -1
x2 = -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 ( x -4 ) · ( x +5 ) . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

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Es gilt f(x) = 0, also x ( x -4 ) · ( x +5 ) = 0.

x ( x -4 ) · ( x +5 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

( x -4 ) · ( x +5 ) = 0

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

1. Fall:

x -4 = 0 | +4
x2 = 4

2. Fall:

x +5 = 0 | -5
x3 = -5

An den Stellen x1 = -5 , x2 = 0 und x3 = 4 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

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

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

- x 3 +5 = -3 | -5
- x 3 = -8 |: ( -1 )
x 3 = 8 | ⋅3
x = 8 3 = 2

An der Stelle x1 = 2 gilt also f(x)= -3.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 2 x 3 + x -245 und g(x)= x +5 .

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

2 x 3 + x -245 = x +5 | +245
2 x 3 + x = x +250 | - x
2 x 3 = 250 |:2
x 3 = 125 | ⋅3
x = 125 3 = 5

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( 5 ) = 5 +5 = 10 ⇒ S1( 5 | 10 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|-2) und B(2|-32 ) 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|-32 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: -2 = a · 1 n
II: -32 = a · 2 n

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

II: -32 = -2⋅ 2 n | ⋅ ( - 1 2 )

16 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= -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(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 -g(0.5) 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(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 =0.52 ⋅ 0.5 ⋅ 0.5.

    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)= 2 ( -2x +5 ) 2 +1 . Berechne den Funktionswert f(2).

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

f(2) = 2⋅ ( -2⋅2 +5 ) 2 +1

= 2⋅ ( -4 +5 ) 2 +1

= 2⋅ 1 2 +1

= 2⋅1 +1

= 2 +1

= 3