Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= 5 x 2 -55x +140 mit der x-Achse.

Lösung einblenden

An den Schnittpunkten mit der x-Achse müssen die Funktionswerte null sein, also müssen wir den Funktionsterm =0 setzen:

5 x 2 -55x +140 = 0 |:5

x 2 -11x +28 = 0

Lösen mit der a-b-c-Formel (Mitternachtsformel):

eingesetzt in x1,2 = - b ± b 2 -4a · c 2a ergibt:

x1,2 = +11 ± ( -11 ) 2 -4 · 1 · 28 21

x1,2 = +11 ± 121 -112 2

x1,2 = +11 ± 9 2

x1 = 11 + 9 2 = 11 +3 2 = 14 2 = 7

x2 = 11 - 9 2 = 11 -3 2 = 8 2 = 4

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 = ( - 11 2 ) 2 - 28 = 121 4 - 28 = 121 4 - 112 4 = 9 4

x1,2 = 11 2 ± 9 4

x1 = 11 2 - 3 2 = 8 2 = 4

x2 = 11 2 + 3 2 = 14 2 = 7

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

S1( 4 |0), S2( 7 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x -4 ) · ( x +2 ) . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

Lösung einblenden

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

( x -4 ) · ( x +2 ) = 0

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

1. Fall:

x -4 = 0 | +4
x1 = 4

2. Fall:

x +2 = 0 | -2
x2 = -2

An den Stellen x1 = -2 und x2 = 4 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( x 2 -12 ) 3 -58 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -4.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = -4, also -2 ( x 2 -12 ) 3 -58 = -4.

-2 ( x 2 -12 ) 3 -58 = -4 | +58
-2 ( x 2 -12 ) 3 = 54 |: ( -2 )
( x 2 -12 ) 3 = -27 | 3
x 2 -12 = - 27 3 = -3
x 2 -12 = -3 | +12
x 2 = 9 | 2
x1 = - 9 = -3
x2 = 9 = 3

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 4 -4 x 3 -9x und g(x)= -4 x 3 - x .

Lösung einblenden

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

x 4 -4 x 3 -9x = -4 x 3 - x | - ( -4 x 3 - x )
x 4 -4 x 3 +4 x 3 -9x + x = 0
x 4 -8x = 0
x · ( x 3 -8 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 3 -8 = 0 | +8
x 3 = 8 | 3
x2 = 8 3 = 2

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(0) = -4 0 3 - 0 = 0 S1(0|0)

g( 2 ) = -4 2 3 - 2 = -34 S2( 2 | -34 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 1 3 ) und B(2| 32 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| 32 3 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 1 3 = a · 1 n
II: 32 3 = a · 2 n

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

II: 32 3 = 1 3 2 n | ⋅ 3

32 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=5

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 1 3 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(-1.5), -g(-1.5) und -h(-1.5), ohne sie wirklich auszurechnen.

Lösung einblenden
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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(-1.5) = ( -1,5 ) 2 > 0
  • -g(-1.5) = - ( -1,5 ) 3 > 0
  • -h(-1.5) = - ( -1,5 ) 4 < 0
  • Da -h(-1.5) 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(-1.5) < -g(-1.5). 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:
    1.53 =1.52 ⋅ 1.5.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(-1.5)= - ( -1,5 ) 4 < f(-1.5)= ( -1,5 ) 2 < -g(-1.5)= - ( -1,5 ) 3 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 3 ( -x +2 ) 4 +5 . Berechne den Funktionswert f(1).

Lösung einblenden

Wir setzen 1 einfach für x in f(x)= 3 ( -x +2 ) 4 +5 ein:

f(1) = 3 ( -1 +2 ) 4 +5

= 3 1 4 +5

= 31 +5

= 3 +5

= 8