Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

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

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

S1( -1 |0), S2(0|0), S3( 1 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

x 5 + x 2 +5 = 5 | -5
x 5 + x 2 +5 -5 = 0
x 5 + x 2 = 0
x 2 ( x 3 +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 3 +1 = 0 | -1
x 3 = -1 | 3
x2 = - 1 3 = -1

An den Stellen x1 = -1 und x2 = 0 gilt also f(x)= 5.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( x -1 ) 3 -10 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

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Es gilt f(x) = -2, also - ( x -1 ) 3 -10 = -2.

- ( x -1 ) 3 -10 = -2 | +10
- ( x -1 ) 3 = 8 |: ( -1 )
( x -1 ) 3 = -8 | 3
x -1 = - 8 3 = -2
x -1 = -2 | +1
x = -1

An der Stelle x1 = -1 gilt also f(x)= -2.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 5 x 4 -242 x 2 +5x und g(x)= 3 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 -242 x 2 +5x = 3 x 2 +5x | - ( 3 x 2 +5x )
5 x 4 -242 x 2 -3 x 2 +5x -5x = 0
5 x 4 -245 x 2 = 0
5 x 2 ( x 2 -49 ) = 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 -49 = 0 | +49
x 2 = 49 | 2
x2 = - 49 = -7
x3 = 49 = 7

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( -7 ) = 3 ( -7 ) 2 +5( -7 ) = 112 S1( -7 | 112 )

g(0) = 3 0 2 +50 = 0 S2(0|0)

g( 7 ) = 3 7 2 +57 = 182 S3( 7 | 182 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 3 4 ) und B(4|12 ) 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(4|12 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 3 4 = a · 1 n
II: 12 = a · 4 n

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

II: 12 = 3 4 4 n | ⋅ 4 3

16 = 4 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 3 4 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(-1.4), g(1.4) und -h(-1.4), 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(-1.4) = ( -1,4 ) 2 > 0
  • g(1.4) = 1,4 3 > 0
  • -h(-1.4) = - ( -1,4 ) 4 < 0
  • Da -h(-1.4) 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 f(-1.4) < g(1.4). 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:
    1.43 =1.42 ⋅ 1.4.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(-1.4)= - ( -1,4 ) 4 < f(-1.4)= ( -1,4 ) 2 < g(1.4)= 1,4 3 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 4 x 5 -4 . Berechne den Funktionswert f(-1).

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Wir setzen -1 einfach für x in f(x)= 4 x 5 -4 ein:

f(-1) = 4 ( -1 ) 5 -4

= 4( -1 ) -4

= -4 -4

= -8