Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 6 + x 3 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 6 + x 3 = 0
x 3 · ( x 3 +1 ) = 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 +1 = 0 | -1
x 3 = -1 | 3
x2 = - 1 3 = -1

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

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

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x ( x +1 ) ( x +3 ) 2 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

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Es gilt f(x) = 0, also x ( x +1 ) ( x +3 ) 2 = 0.

x ( x +1 ) ( x +3 ) 2 = 0
x ( x +3 ) 2 · ( x +1 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

( x +3 ) 2 · ( x +1 ) = 0

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

1. Fall:

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

2. Fall:

x +1 = 0 | -1
x3 = -1

An den Stellen x1 = -3 , x2 = -1 und x3 = 0 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( x -2 ) 4 -160 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 2.

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Es gilt f(x) = 2, also 2 ( x -2 ) 4 -160 = 2.

2 ( x -2 ) 4 -160 = 2 | +160
2 ( x -2 ) 4 = 162 |:2
( x -2 ) 4 = 81 | 4

1. Fall

x -2 = - 81 4 = -3
x -2 = -3 | +2
x1 = -1

2. Fall

x -2 = 81 4 = 3
x -2 = 3 | +2
x2 = 5

An den Stellen x1 = -1 und x2 = 5 gilt also f(x)= 2.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 3 + x 2 + x +4 und g(x)= x +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 + x 2 + x +4 = x +4 | -4
x 3 + x 2 + x = x | - x
x 3 + x 2 + x - x = 0
x 3 + x 2 = 0
x 2 · ( x +1 ) = 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 +1 = 0 | -1
x2 = -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( -1 ) = -1 +4 = 3 S1( -1 | 3 )

g(0) = 0 +4 = 4 S2(0| 4 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|4) und B(-2|64 ) 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|4) und B(-2|64 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 4 = a · 1 n
II: 64 = a · (-2) n

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

II: 64 = 4 (-2) n | ⋅ 1 4

16 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 4 x 4

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(0.6), -g(0.6) und -h(0.6), 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(0.6) = - 0,6 2 < 0
  • -g(0.6) = - 0,6 3 < 0
  • -h(0.6) = - 0,6 4 < 0
  • Da alle Werte negativ sind, schauen wir zunächst nur auf die Beträge:

    Und weil 0.6 < 1 ist, werden die Betrags-Werte mit jeder Potenz immer kleiner. 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:
    0.63 =0.62 ⋅ 0.6 bzw. 0.64 =0.63 ⋅ 0.6,
    d.h. 0.63 < 0.62, also gilt - 0.63 > - 0.62 und 0.64 < 0.63, also gilt - 0.64 > - 0.63.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(0.6)= - 0,6 2 < -g(0.6)= - 0,6 3 < -h(0.6)= - 0,6 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(2) = 3 2 2 +3

= 34 +3

= 12 +3

= 15