Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 5 -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 5 -4 x 3 = 0
x 3 · ( x 2 -4 ) = 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 -4 = 0 | +4
x 2 = 4 | 2
x2 = - 4 = -2
x3 = 4 = 2

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

S1( -2 |0), S2(0|0), S3( 2 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x ( x +4 ) · ( x -4 ) . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

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

x ( x +4 ) · ( x -4 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

( x +4 ) · ( x -4 ) = 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 -4 = 0 | +4
x3 = 4

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x -1 ) 4 -13 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 3.

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Es gilt f(x) = 3, also ( x -1 ) 4 -13 = 3.

( x -1 ) 4 -13 = 3 | +13
( x -1 ) 4 = 16 | 4

1. Fall

x -1 = - 16 4 = -2
x -1 = -2 | +1
x1 = -1

2. Fall

x -1 = 16 4 = 2
x -1 = 2 | +1
x2 = 3

An den Stellen x1 = -1 und x2 = 3 gilt also f(x)= 3.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 3 +2 x 2 -4x -5 und g(x)= 2 x 2 -5 .

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

x 3 +2 x 2 -4x -5 = 2 x 2 -5 | +5
x 3 +2 x 2 -4x = 2 x 2 | -2 x 2
x 3 +2 x 2 -2 x 2 -4x = 0
x 3 -4x = 0
x · ( x 2 -4 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 2 -4 = 0 | +4
x 2 = 4 | 2
x2 = - 4 = -2
x3 = 4 = 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 -5 = 3 S1( -2 | 3 )

g(0) = 2 0 2 -5 = -5 S2(0| -5 )

g( 2 ) = 2 2 2 -5 = 3 S3( 2 | 3 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

I: -1 = a · 1 n
II: 32 = a · (-2) n

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

II: 32 = - (-2) n | ⋅ ( -1 )

-32 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=5

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

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(1) = - ( 31 -2 ) 3 -1

= - ( 3 -2 ) 3 -1

= - 1 3 -1

= -1 -1

= -2