Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= ( x +1 ) 3 +64 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 +1 ) 3 +64 = 0 | -64
( x +1 ) 3 = -64 | 3
x +1 = - 64 3 = -4
x +1 = -4 | -1
x = -5

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

S1( -5 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 4 -2 x 3 +5 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 5.

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Es gilt f(x) = 5, also x 4 -2 x 3 +5 = 5.

x 4 -2 x 3 +5 = 5 | -5
x 4 -2 x 3 +5 -5 = 0
x 4 -2 x 3 = 0
x 3 ( x -2 ) = 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 = 0 | +2
x2 = 2

An den Stellen x1 = 0 und x2 = 2 gilt also f(x)= 5.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( x +3 ) 4 -157 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 5.

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Es gilt f(x) = 5, also 2 ( x +3 ) 4 -157 = 5.

2 ( x +3 ) 4 -157 = 5 | +157
2 ( x +3 ) 4 = 162 |:2
( x +3 ) 4 = 81 | 4

1. Fall

x +3 = - 81 4 = -3
x +3 = -3 | -3
x1 = -6

2. Fall

x +3 = 81 4 = 3
x +3 = 3 | -3
x2 = 0

An den Stellen x1 = -6 und x2 = 0 gilt also f(x)= 5.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

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

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

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 3 +1 = 0 | -1
x 3 = -1 | 3
x2 = - 1 3 = -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 ) +4 = 6 S1( -1 | 6 )

g(0) = -20 +4 = 4 S2(0| 4 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| - 3 4 ) und B(3| - 81 4 ) 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 4 ) und B(3| - 81 4 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: - 3 4 = a · 1 n
II: - 81 4 = a · 3 n

Aus I ergibt sich ja sofort - 3 4 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: - 81 4 = - 3 4 3 n | ⋅ ( - 4 3 )

27 = 3 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 3 4 x 3

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(1.2), g(1.2) und -h(1.2), 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(1.2) = - 1,2 2 < 0
  • g(1.2) = 1,2 3 > 0
  • -h(1.2) = - 1,2 4 < 0
  • Da g(1.2) 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(1.2) > -h(1.2). 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:
    1.24 =1.22 ⋅ 1.2 ⋅ 1.2, d.h. 1.24 > 1.22, also gilt - 1.24 < - 1.22.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(1.2)= - 1,2 4 < -f(1.2)= - 1,2 2 < g(1.2)= 1,2 3 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -3 ( -3x -5 ) 3 +1 . Berechne den Funktionswert f(-2).

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Wir setzen -2 einfach für x in f(x)= -3 ( -3x -5 ) 3 +1 ein:

f(-2) = -3 ( -3( -2 ) -5 ) 3 +1

= -3 ( 6 -5 ) 3 +1

= -3 1 3 +1

= -31 +1

= -3 +1

= -2