Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= -2 ( x -3 ) 4 -32 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 -3 ) 4 -32 = 0 | +32
-2 ( x -3 ) 4 = 32 |: ( -2 )
( x -3 ) 4 = -16 | 4

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!

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

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 5 -8 x 2 -2 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

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Es gilt f(x) = -2, also x 5 -8 x 2 -2 = -2.

x 5 -8 x 2 -2 = -2 | +2
x 5 -8 x 2 -2 +2 = 0
x 5 -8 x 2 = 0
x 2 ( x 3 -8 ) = 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 3 -8 = 0 | +8
x 3 = 8 | 3
x2 = 8 3 = 2

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

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

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

x 3 -11 = -3 | +11
x 3 = 8 | 3
x = 8 3 = 2

An der Stelle x1 = 2 gilt also f(x)= -3.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= -2 x 4 +3x +158 und g(x)= 3x -4 .

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

-2 x 4 +3x +158 = 3x -4 | -158
-2 x 4 +3x = 3x -162 | -3x
-2 x 4 = -162 |: ( -2 )
x 4 = 81 | 4
x1 = - 81 4 = -3
x2 = 81 4 = 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 ) = 3( -3 ) -4 = -13 S1( -3 | -13 )

g( 3 ) = 33 -4 = 5 S2( 3 | 5 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| - 1 2 ) und B(-4|-8 ) 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 2 ) und B(-4|-8 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: - 1 2 = a · 1 n
II: -8 = a · (-4) n

Aus I ergibt sich ja sofort - 1 2 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: -8 = - 1 2 (-4) n | ⋅ ( -2 )

16 = (-4) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 1 2 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(-1.5), -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 -g(-1.5) 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(-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 =1.52 ⋅ 1.5 ⋅ 1.5, d.h. 1.54 > 1.52, also gilt - 1.54 < - 1.52.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 5 x 2 +1 . Berechne den Funktionswert f(2).

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

f(2) = 5 2 2 +1

= 54 +1

= 20 +1

= 21