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 -4 ) 2 · ( x +3 ) . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

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Es gilt f(x) = 0, also ( x -4 ) 2 · ( x +3 ) = 0.

( x -4 ) 2 · ( x +3 ) = 0

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

1. Fall:

( x -4 ) 2 = 0 | 2
x -4 = 0
x -4 = 0 | +4
x1 = 4

2. Fall:

x +3 = 0 | -3
x2 = -3

An den Stellen x1 = -3 und x2 = 4 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( x +5 ) 4 -34 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

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Es gilt f(x) = -2, also -2 ( x +5 ) 4 -34 = -2.

-2 ( x +5 ) 4 -34 = -2 | +34
-2 ( x +5 ) 4 = 32 |: ( -2 )
( x +5 ) 4 = -16 | 4

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!

Es gibt also keine Stelle x für die f(x)= -2 gilt.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 5 x 4 -46 x 2 -5x und g(x)= - x 2 -5x .

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

5 x 4 -46 x 2 -5x = - x 2 -5x | - ( - x 2 -5x )
5 x 4 -46 x 2 + x 2 -5x +5x = 0
5 x 4 -45 x 2 = 0
5 x 2 · ( x 2 -9 ) = 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 -9 = 0 | +9
x 2 = 9 | 2
x2 = - 9 = -3
x3 = 9 = 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 ) 2 -5( -3 ) = 6 S1( -3 | 6 )

g(0) = - 0 2 -50 = 0 S2(0|0)

g( 3 ) = - 3 2 -53 = -24 S3( 3 | -24 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

I: 1 = a · 1 n
II: 32 = a · 2 n

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

II: 32 = 2 n | ⋅ 1

32 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=5

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= x 5

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(-0.4), g(-0.4) und -h(0.4), 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(-0.4) = - ( -0,4 ) 2 < 0
  • g(-0.4) = ( -0,4 ) 3 < 0
  • -h(0.4) = - 0,4 4 < 0
  • Da alle Werte negativ sind, schauen wir zunächst nur auf die Beträge:

    Und weil 0.4 < 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:
    0.43 =0.42 ⋅ 0.4 bzw. 0.44 =0.43 ⋅ 0.4,
    d.h. 0.43 < 0.42, also gilt - 0.43 > - 0.42 und 0.44 < 0.43, also gilt - 0.44 > - 0.43.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(-0.4)= - ( -0,4 ) 2 < g(-0.4)= ( -0,4 ) 3 < -h(0.4)= - 0,4 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 32 x 4 -2 . Berechne den Funktionswert f(-1).

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Wir setzen -1 einfach für x in f(x)= 32 x 4 -2 ein:

f(-1) = 32 ( -1 ) 4 -2

= 321 -2

= 32 -2

= 30