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(0|0), S2( 2 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 4 -2 x 3 -3 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -3.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = -3, also x 4 -2 x 3 -3 = -3.

x 4 -2 x 3 -3 = -3 | +3
x 4 -2 x 3 -3 +3 = 0
x 4 -2 x 3 = 0
x 3 · ( x -2 ) = 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 = 0 | +2
x2 = 2

An den Stellen x1 = 0 und x2 = 2 gilt also f(x)= -3.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( 4 -3x ) 3 +128 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 3.

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Es gilt f(x) = 3, also ( 4 -3x ) 3 +128 = 3.

( 4 -3x ) 3 +128 = 3
( -3x +4 ) 3 +128 = 3 | -128
( -3x +4 ) 3 = -125 | 3
-3x +4 = - 125 3 = -5
-3x +4 = -5 | -4
-3x = -9 |:(-3 )
x = 3

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

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

x 4 +3x -4 = 4x -4 | +4
x 4 +3x = 4x | -4x
x 4 +3x -4x = 0
x 4 - x = 0
x · ( x 3 -1 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 3 -1 = 0 | +1
x 3 = 1 | 3
x2 = 1 3 = 1

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) = 40 -4 = -4 S1(0| -4 )

g( 1 ) = 41 -4 = 0 S2( 1 |0)

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 4 3 ) und B(2| 128 3 ) auf dem Graphen der Funktion f mit f(x)= a · x n liegen.

Lösung einblenden

Wir setzen einfach die beiden Punkte A(1| 4 3 ) und B(2| 128 3 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 4 3 = a · 1 n
II: 128 3 = a · 2 n

Aus I ergibt sich ja sofort 4 3 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: 128 3 = 4 3 2 n | ⋅ 3 4

32 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=5

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 4 3 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(0.4), -g(-0.4) und h(-0.4), ohne sie wirklich auszurechnen.

Lösung einblenden
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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(0.4) = - 0,4 2 < 0
  • -g(-0.4) = - ( -0,4 ) 3 > 0
  • h(-0.4) = ( -0,4 ) 4 > 0
  • Da -f(0.4) 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(-0.4) > h(-0.4). 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:
    0.44 =0.43 ⋅ 0.4.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(0.4)= - 0,4 2 < h(-0.4)= ( -0,4 ) 4 < -g(-0.4)= - ( -0,4 ) 3 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 +2x -7 . Berechne den Funktionswert f(-1).

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Wir setzen -1 einfach für x in f(x)= x 2 +2x -7 ein:

f(-1) = ( -1 ) 2 +2( -1 ) -7

= 1 -2 -7

= -8