Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= -4 x 2 +100 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:

-4 x 2 +100 = 0 | -100
-4 x 2 = -100 |: ( -4 )
x 2 = 25 | 2
x1 = - 25 = -5
x2 = 25 = 5

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

S1( -5 |0), S2( 5 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 -7x +4 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

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Es gilt f(x) = -2, also x 2 -7x +4 = -2.

x 2 -7x +4 = -2 | +2

x 2 -7x +6 = 0

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

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

x1,2 = +7 ± ( -7 ) 2 -4 · 1 · 6 21

x1,2 = +7 ± 49 -24 2

x1,2 = +7 ± 25 2

x1 = 7 + 25 2 = 7 +5 2 = 12 2 = 6

x2 = 7 - 25 2 = 7 -5 2 = 2 2 = 1

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 = ( - 7 2 ) 2 - 6 = 49 4 - 6 = 49 4 - 24 4 = 25 4

x1,2 = 7 2 ± 25 4

x1 = 7 2 - 5 2 = 2 2 = 1

x2 = 7 2 + 5 2 = 12 2 = 6

An den Stellen x1 = 1 und x2 = 6 gilt also f(x)= -2.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 x 3 -252 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

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Es gilt f(x) = -2, also -2 x 3 -252 = -2.

-2 x 3 -252 = -2 | +252
-2 x 3 = 250 |: ( -2 )
x 3 = -125 | 3
x = - 125 3 = -5

An der Stelle x1 = -5 gilt also f(x)= -2.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

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

x 4 -2 x 3 - x 2 + x = -2 x 3 + x | - ( -2 x 3 + x )
x 4 -2 x 3 +2 x 3 - x 2 + x - x = 0
x 4 - x 2 = 0
x 2 ( x 2 -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 2 -1 = 0 | +1
x 2 = 1 | 2
x2 = - 1 = -1
x3 = 1 = 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 ) = -2 ( -1 ) 3 -1 = 1 S1( -1 | 1 )

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

g( 1 ) = -2 1 3 +1 = -1 S3( 1 | -1 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|1) 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|1) und B(2|16 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 1 = a · 1 n
II: 16 = a · 2 n

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

II: 16 = 2 n | ⋅ 1

16 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 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(-1.5), g(1.5) und h(1.5), 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(-1.5) = - ( -1,5 ) 2 < 0
  • g(1.5) = 1,5 3 > 0
  • h(1.5) = 1,5 4 > 0
  • Da -f(-1.5) 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(1.5) < h(1.5). 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:
    1.54 =1.53 ⋅ 1.5.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(-1.5)= - ( -1,5 ) 2 < g(1.5)= 1,5 3 < h(1.5)= 1,5 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( -3x +7 ) 3 +2 . Berechne den Funktionswert f(2).

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Wir setzen 2 einfach für x in f(x)= ( -3x +7 ) 3 +2 ein:

f(2) = ( -32 +7 ) 3 +2

= ( -6 +7 ) 3 +2

= 1 3 +2

= 1 +2

= 3