Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= 2 x 4 -162 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:

2 x 4 -162 = 0 | +162
2 x 4 = 162 |:2
x 4 = 81 | 4
x1 = - 81 4 = -3
x2 = 81 4 = 3

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

S1( -3 |0), S2( 3 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 6 +8 x 3 -1 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -1.

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Es gilt f(x) = -1, also x 6 +8 x 3 -1 = -1.

x 6 +8 x 3 -1 = -1 | +1
x 6 +8 x 3 -1 +1 = 0
x 6 +8 x 3 = 0
x 3 · ( x 3 +8 ) = 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 3 +8 = 0 | -8
x 3 = -8 | 3
x2 = - 8 3 = -2

An den Stellen x1 = -2 und x2 = 0 gilt also f(x)= -1.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( x +5 ) 3 +11 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -5.

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Es gilt f(x) = -5, also -2 ( x +5 ) 3 +11 = -5.

-2 ( x +5 ) 3 +11 = -5 | -11
-2 ( x +5 ) 3 = -16 |: ( -2 )
( x +5 ) 3 = 8 | 3
x +5 = 8 3 = 2
x +5 = 2 | -5
x = -3

An der Stelle x1 = -3 gilt also f(x)= -5.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 4 -3 x 3 -6 x 2 und g(x)= -3 x 3 -2 x 2 .

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

x 4 -3 x 3 -6 x 2 = -3 x 3 -2 x 2 | - ( -3 x 3 -2 x 2 )
x 4 -3 x 3 +3 x 3 -6 x 2 +2 x 2 = 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 ) = -3 ( -2 ) 3 -2 ( -2 ) 2 = 16 S1( -2 | 16 )

g(0) = -3 0 3 -2 0 2 = 0 S2(0|0)

g( 2 ) = -3 2 3 -2 2 2 = -32 S3( 2 | -32 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|3) und B(2|24 ) 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|3) und B(2|24 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 3 = a · 1 n
II: 24 = a · 2 n

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

II: 24 = 3 2 n | ⋅ 1 3

8 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 3 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(0.4), g(0.4) und -h(0.4), 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(0.4) = - 0,4 2 < 0
  • g(0.4) = 0,4 3 > 0
  • -h(0.4) = - 0,4 4 < 0
  • Da g(0.4) 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(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 =0.42 ⋅ 0.4 ⋅ 0.4, d.h. 0.44 < 0.42, also gilt - 0.44 > - 0.42.

    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)= -5 x 3 -5x -2 . Berechne den Funktionswert f(-1).

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Wir setzen -1 einfach für x in f(x)= -5 x 3 -5x -2 ein:

f(-1) = -5 ( -1 ) 3 -5( -1 ) -2

= -5( -1 ) +5 -2

= 5 +5 -2

= 10 -2

= 8