Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 2 - x 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 2 - x = 0
x · ( x -1 ) = 0

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

1. Fall:

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(0|0), S2( 1 |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.

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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 = 1 und x2 = 5 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( x +2 ) 3 +248 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

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Es gilt f(x) = -2, also -2 ( x +2 ) 3 +248 = -2.

-2 ( x +2 ) 3 +248 = -2 | -248
-2 ( x +2 ) 3 = -250 |: ( -2 )
( x +2 ) 3 = 125 | ⋅3
x +2 = 125 3 = 5
x +2 = 5 | -2
x = 3

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= - x 3 -3 x 2 +121 und g(x)= -3 x 2 -4 .

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

- x 3 -3 x 2 +121 = -3 x 2 -4 | -121
- x 3 -3 x 2 = -3 x 2 -125 | +3 x 2
- x 3 = -125 |: ( -1 )
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 ) = -3⋅ 5 2 -4 = -79 ⇒ S1( 5 | -79 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|1) und B(-3|-27 ) 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(-3|-27 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 1 = a · 1 n
II: -27 = a · (-3) n

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

II: -27 = (-3) n | ⋅ 1

-27 = (-3) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 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 -g(1.6) 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(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 =1.62 ⋅ 1.6 ⋅ 1.6.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 3 x 4 +2 x 2 +9 . Berechne den Funktionswert f(-1).

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Wir setzen -1 einfach für x in f(x)= 3 x 4 +2 x 2 +9 ein:

f(-1) = 3⋅ ( -1 ) 4 +2⋅ ( -1 ) 2 +9

= 3⋅1 +2⋅1 +9

= 3 +2 +9

= 5 +9

= 14