Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 3 - x 2 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 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

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

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

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 -2x -33 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 2.

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Es gilt f(x) = 2, also x 2 -2x -33 = 2.

x 2 -2x -33 = 2 | -2

x 2 -2x -35 = 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 · ( -35 ) 21

x1,2 = +2 ± 4 +140 2

x1,2 = +2 ± 144 2

x1 = 2 + 144 2 = 2 +12 2 = 14 2 = 7

x2 = 2 - 144 2 = 2 -12 2 = -10 2 = -5

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 - ( -35 ) = 1+ 35 = 36

x1,2 = 1 ± 36

x1 = 1 - 6 = -5

x2 = 1 + 6 = 7

An den Stellen x1 = -5 und x2 = 7 gilt also f(x)= 2.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( x 2 -7 ) 3 -31 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -4.

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Es gilt f(x) = -4, also - ( x 2 -7 ) 3 -31 = -4.

- ( x 2 -7 ) 3 -31 = -4 | +31
- ( x 2 -7 ) 3 = 27 |: ( -1 )
( x 2 -7 ) 3 = -27 | 3
x 2 -7 = - 27 3 = -3
x 2 -7 = -3 | +7
x 2 = 4 | 2
x1 = - 4 = -2
x2 = 4 = 2

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= -4 x 3 - x +1 und g(x)= -5 x 3 +1 .

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

-4 x 3 - x +1 = -5 x 3 +1 | -1
-4 x 3 - x = -5 x 3 | +5 x 3
-4 x 3 +5 x 3 - x = 0
x 3 - x = 0
x · ( x 2 -1 ) = 0

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

1. Fall:

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 ) = -5 ( -1 ) 3 +1 = 6 S1( -1 | 6 )

g(0) = -5 0 3 +1 = 1 S2(0| 1 )

g( 1 ) = -5 1 3 +1 = -4 S3( 1 | -4 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

I: -2 = a · 1 n
II: -32 = a · 2 n

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

II: -32 = -2 2 n | ⋅ ( - 1 2 )

16 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= -2 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(-0.3), -g(-0.3) und h(-0.3), 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(-0.3) = - ( -0,3 ) 2 < 0
  • -g(-0.3) = - ( -0,3 ) 3 > 0
  • h(-0.3) = ( -0,3 ) 4 > 0
  • Da -f(-0.3) 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 -g(-0.3) > h(-0.3). 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:
    0.34 =0.33 ⋅ 0.3.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(-0.3)= - ( -0,3 ) 2 < h(-0.3)= ( -0,3 ) 4 < -g(-0.3)= - ( -0,3 ) 3 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( 3x -4 ) 4 -4 . Berechne den Funktionswert f(2).

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

f(2) = 2 ( 32 -4 ) 4 -4

= 2 ( 6 -4 ) 4 -4

= 2 2 4 -4

= 216 -4

= 32 -4

= 28