Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= - ( x -1 ) 4 +16 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 -1 ) 4 +16 = 0 | -16
- ( x -1 ) 4 = -16 |: ( -1 )
( x -1 ) 4 = 16 | 4

1. Fall

x -1 = - 16 4 = -2
x -1 = -2 | +1
x1 = -1

2. Fall

x -1 = 16 4 = 2
x -1 = 2 | +1
x2 = 3

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

S1( -1 |0), S2( 3 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 -2x -22 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 2.

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Es gilt f(x) = 2, also x 2 -2x -22 = 2.

x 2 -2x -22 = 2 | -2

x 2 -2x -24 = 0

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

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

x1,2 = +2 ± ( -2 ) 2 -4 · 1 · ( -24 ) 21

x1,2 = +2 ± 4 +96 2

x1,2 = +2 ± 100 2

x1 = 2 + 100 2 = 2 +10 2 = 12 2 = 6

x2 = 2 - 100 2 = 2 -10 2 = -8 2 = -4

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 = ( -1 ) 2 - ( -24 ) = 1+ 24 = 25

x1,2 = 1 ± 25

x1 = 1 - 5 = -4

x2 = 1 + 5 = 6

An den Stellen x1 = -4 und x2 = 6 gilt also f(x)= 2.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( x +5 ) 4 +83 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 2.

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Es gilt f(x) = 2, also - ( x +5 ) 4 +83 = 2.

- ( x +5 ) 4 +83 = 2 | -83
- ( 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)= 2.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= -51 und g(x)= 2 x 3 +3 .

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

-51 = 2 x 3 +3 | +51 -2 x 3
-2 x 3 = 54 |: ( -2 )
x 3 = -27 | 3
x = - 27 3 = -3

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( -3 ) = 2 ( -3 ) 3 +3 = -51 S1( -3 | -51 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|-1) und B(2|-32 ) 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(2|-32 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: -1 = a · 1 n
II: -32 = a · 2 n

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

II: -32 = - 2 n | ⋅ ( -1 )

32 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=5

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 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(-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 alle Werte negativ sind, schauen wir zunächst nur auf die Beträge:

    Und weil 1.6 > 1 ist, werden die Betrags-Werte natürlich mit jeder Potenz immer größer. 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:
    1.63 =1.62 ⋅ 1.6 bzw. 1.64 =1.63 ⋅ 1.6,
    d.h. 1.63 > 1.62, also gilt - 1.63 < - 1.62 und 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 ( -2x +2 ) 4 -3 . Berechne den Funktionswert f(2).

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

f(2) = -3 ( -22 +2 ) 4 -3

= -3 ( -4 +2 ) 4 -3

= -3 ( -2 ) 4 -3

= -316 -3

= -48 -3

= -51