Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= 5 x 4 +20 x 3 -105 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:

5 x 4 +20 x 3 -105 x 2 = 0
5 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 ) 21

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):

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 = -7

x2 = -2 + 5 = 3

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

S1( -7 |0), S2(0|0), S3( 3 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

x 2 -5 = -4 | +5
x 2 = 1 | 2
x1 = - 1 = -1
x2 = 1 = 1

An den Stellen x1 = -1 und x2 = 1 gilt also f(x)= -4.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - x 3 -32 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -5.

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Es gilt f(x) = -5, also - x 3 -32 = -5.

- x 3 -32 = -5 | +32
- x 3 = 27 |: ( -1 )
x 3 = -27 | 3
x = - 27 3 = -3

An der Stelle x1 = -3 gilt also f(x)= -5.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= - x 4 -5 x 3 +83 und g(x)= -5 x 3 +2 .

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

- x 4 -5 x 3 +83 = -5 x 3 +2 | -83
- x 4 -5 x 3 = -5 x 3 -81 | +5 x 3
- x 4 = -81 |: ( -1 )
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 ) = -5 ( -3 ) 3 +2 = 137 S1( -3 | 137 )

g( 3 ) = -5 3 3 +2 = -133 S2( 3 | -133 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| - 1 3 ) und B(-2| - 16 3 ) 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 3 ) und B(-2| - 16 3 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: - 1 3 = a · 1 n
II: - 16 3 = a · (-2) n

Aus I ergibt sich ja sofort - 1 3 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: - 16 3 = - 1 3 (-2) n | ⋅ ( -3 )

16 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 1 3 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(-1.6), -g(1.6) und h(-1.6), 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(-1.6) = - ( -1,6 ) 2 < 0
  • -g(1.6) = - 1,6 3 < 0
  • h(-1.6) = ( -1,6 ) 4 > 0
  • Da h(-1.6) 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(-1.6) > -g(1.6). 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:
    1.63 =1.62 ⋅ 1.6, d.h. 1.63 > 1.62, also gilt - 1.63 < - 1.62.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -g(1.6)= - 1,6 3 < -f(-1.6)= - ( -1,6 ) 2 < h(-1.6)= ( -1,6 ) 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( -2x -6 ) 2 +3 . Berechne den Funktionswert f(-2).

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Wir setzen -2 einfach für x in f(x)= -2 ( -2x -6 ) 2 +3 ein:

f(-2) = -2 ( -2( -2 ) -6 ) 2 +3

= -2 ( 4 -6 ) 2 +3

= -2 ( -2 ) 2 +3

= -24 +3

= -8 +3

= -5