Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= 4 x 5 -144 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:

4 x 5 -144 x 3 = 0
4 x 3 · ( x 2 -36 ) = 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 -36 = 0 | +36
x 2 = 36 | 2
x2 = - 36 = -6
x3 = 36 = 6

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

S1( -6 |0), S2(0|0), S3( 6 |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 = 0 und x2 = 2 gilt also f(x)= 1.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 x 3 -126 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 2.

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Es gilt f(x) = 2, also -2 x 3 -126 = 2.

-2 x 3 -126 = 2 | +126
-2 x 3 = 128 |: ( -2 )
x 3 = -64 | 3
x = - 64 3 = -4

An der Stelle x1 = -4 gilt also f(x)= 2.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= -4 x 4 +16 x 3 +84 x 2 +4x +2 und g(x)= 4x +2 .

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

-4 x 4 +16 x 3 +84 x 2 +4x +2 = 4x +2 | -2
-4 x 4 +16 x 3 +84 x 2 +4x = 4x | -4x
-4 x 4 +16 x 3 +84 x 2 +4x -4x = 0
-4 x 4 +16 x 3 +84 x 2 = 0
4 x 2 · ( - x 2 +4x +21 ) = 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 +4x +21 = 0

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

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

x2,3 = -4 ± 4 2 -4 · ( -1 ) · 21 2( -1 )

x2,3 = -4 ± 16 +84 -2

x2,3 = -4 ± 100 -2

x2 = -4 + 100 -2 = -4 +10 -2 = 6 -2 = -3

x3 = -4 - 100 -2 = -4 -10 -2 = -14 -2 = 7

Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):

Um die Gleichung auf die Form "x² + px + q = 0" zu bekommen, müssen wir zuerst die ganze Gleichung durch "-1 " teilen:

- x 2 +4x +21 = 0 |: -1

x 2 -4x -21 = 0

vor dem Einsetzen in x1,2 = - p 2 ± ( p 2 ) 2 - q
berechnen wir zuerst die Diskriminante D = ( p 2 ) 2 - q :

D = ( -2 ) 2 - ( -21 ) = 4+ 21 = 25

x1,2 = 2 ± 25

x1 = 2 - 5 = -3

x2 = 2 + 5 = 7

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 ) = 4( -3 ) +2 = -10 S1( -3 | -10 )

g(0) = 40 +2 = 2 S2(0| 2 )

g( 7 ) = 47 +2 = 30 S3( 7 | 30 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|-3) und B(-4|-48 ) 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(-4|-48 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: -3 = a · 1 n
II: -48 = a · (-4) n

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

II: -48 = -3 (-4) n | ⋅ ( - 1 3 )

16 = (-4) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= -3 x 2

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(1.3), -g(1.3) und h(-1.3), 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(1.3) = 1,3 2 > 0
  • -g(1.3) = - 1,3 3 < 0
  • h(-1.3) = ( -1,3 ) 4 > 0
  • Da -g(1.3) 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 f(1.3) < h(-1.3). 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:
    1.34 =1.32 ⋅ 1.3 ⋅ 1.3.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -g(1.3)= - 1,3 3 < f(1.3)= 1,3 2 < h(-1.3)= ( -1,3 ) 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( -3x +2 ) 2 -2 . Berechne den Funktionswert f(1).

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

f(1) = 2 ( -31 +2 ) 2 -2

= 2 ( -3 +2 ) 2 -2

= 2 ( -1 ) 2 -2

= 21 -2

= 2 -2

= 0