Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 5 +8 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 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

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

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

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

x 2 -5 = -1 | +5
x 2 = 4 | ⋅2
x1 = - 4 = -2
x2 = 4 = 2

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( x 2 -30 ) 3 -128 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -3.

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Es gilt f(x) = -3, also - ( x 2 -30 ) 3 -128 = -3.

- ( x 2 -30 ) 3 -128 = -3 | +128
- ( x 2 -30 ) 3 = 125 |: ( -1 )
( x 2 -30 ) 3 = -125 | ⋅3
x 2 -30 = - 125 3 = -5
x 2 -30 = -5 | +30
x 2 = 25 | ⋅2
x1 = - 25 = -5
x2 = 25 = 5

An den Stellen x1 = -5 und x2 = 5 gilt also f(x)= -3.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

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

x 4 -4 x 2 +2x +5 = 2x +5 | -5
x 4 -4 x 2 +2x = 2x | -2x
x 4 -4 x 2 +2x -2x = 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

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 ) +5 = 1 ⇒ S1( -2 | 1 )

g(0) = 2⋅0 +5 = 5 ⇒ S2(0| 5 )

g( 2 ) = 2⋅2 +5 = 9 ⇒ S3( 2 | 9 )

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(1.3), -g(1.3) und h(-1.3), 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(1.3) = - 1,3 2 < 0
  • -g(1.3) = - 1,3 3 < 0
  • h(-1.3) = ( -1,3 ) 4 > 0
  • Da h(-1.3) 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 -f(1.3) > -g(1.3). 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:
    1.33 =1.32 ⋅ 1.3, d.h. 1.33 > 1.32, also gilt - 1.33 < - 1.32.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -g(1.3)= - 1,3 3 < -f(1.3)= - 1,3 2 < h(-1.3)= ( -1,3 ) 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( -2x -6 ) 2 +3 . Berechne den Funktionswert f(-2).

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Wir setzen -2 einfach für x in f(x)= - ( -2x -6 ) 2 +3 ein:

f(-2) = - ( -2⋅( -2 ) -6 ) 2 +3

= - ( 4 -6 ) 2 +3

= - ( -2 ) 2 +3

= -4 +3

= -1