Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= -2 x 4 -10 x 3 +28 x 2 mit der x-Achse.

Lösung einblenden

An den Schnittpunkten mit der x-Achse müssen die Funktionswerte null sein, also müssen wir den Funktionsterm =0 setzen:

-2 x 4 -10 x 3 +28 x 2 = 0
-2 x 2 ( x 2 +5x -14 ) = 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 +5x -14 = 0

Lösen mit der a-b-c-Formel (Mitternachtsformel):

eingesetzt in x1,2 = - b ± b 2 -4a · c 2a ergibt:

x2,3 = -5 ± 5 2 -4 · 1 · ( -14 ) 21

x2,3 = -5 ± 25 +56 2

x2,3 = -5 ± 81 2

x2 = -5 + 81 2 = -5 +9 2 = 4 2 = 2

x3 = -5 - 81 2 = -5 -9 2 = -14 2 = -7

Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):

vor dem Einsetzen in x1,2 = - p 2 ± ( p 2 ) 2 - q
berechnen wir zuerst die Diskriminante D = ( p 2 ) 2 - q :

D = ( 5 2 ) 2 - ( -14 ) = 25 4 + 14 = 25 4 + 56 4 = 81 4

x1,2 = - 5 2 ± 81 4

x1 = - 5 2 - 9 2 = - 14 2 = -7

x2 = - 5 2 + 9 2 = 4 2 = 2

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

S1( -7 |0), S2(0|0), S3( 2 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x +5 ) ( x +1 ) 2 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = 0, also ( x +5 ) ( x +1 ) 2 = 0.

( x +5 ) ( x +1 ) 2 = 0
( x +1 ) 2 ( x +5 ) = 0

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

1. Fall:

( x +1 ) 2 = 0 | 2
x +1 = 0
x +1 = 0 | -1
x1 = -1

2. Fall:

x +5 = 0 | -5
x2 = -5

An den Stellen x1 = -5 und x2 = -1 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( x +5 ) 4 +82 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 1.

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Es gilt f(x) = 1, also - ( x +5 ) 4 +82 = 1.

- ( x +5 ) 4 +82 = 1 | -82
- ( x +5 ) 4 = -81 |: ( -1 )
( x +5 ) 4 = 81 | 4

1. Fall

x +5 = - 81 4 = -3
x +5 = -3 | -5
x1 = -8

2. Fall

x +5 = 81 4 = 3
x +5 = 3 | -5
x2 = -2

An den Stellen x1 = -8 und x2 = -2 gilt also f(x)= 1.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 5 -10 x 2 +4x und g(x)= -2 x 2 +4x .

Lösung einblenden

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

x 5 -10 x 2 +4x = -2 x 2 +4x | - ( -2 x 2 +4x )
x 5 -10 x 2 +2 x 2 +4x -4x = 0
x 5 -8 x 2 = 0
x 2 ( x 3 -8 ) = 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 -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(0) = -2 0 2 +40 = 0 S1(0|0)

g( 2 ) = -2 2 2 +42 = 0 S2( 2 |0)

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|2) und B(-2|-16 ) 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|-16 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 2 = a · 1 n
II: -16 = a · (-2) n

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

II: -16 = 2 (-2) n | ⋅ 1 2

-8 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 2 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 f(-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 -g(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 =1.63 ⋅ 1.6, d.h. 1.64 > 1.63, also gilt - 1.64 < - 1.63.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -3 x 4 -5x +5 . Berechne den Funktionswert f(-1).

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Wir setzen -1 einfach für x in f(x)= -3 x 4 -5x +5 ein:

f(-1) = -3 ( -1 ) 4 -5( -1 ) +5

= -31 +5 +5

= -3 +5 +5

= 2 +5

= 7