Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 4 + 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 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

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 5 - x 3 -1 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -1.

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Es gilt f(x) = -1, also x 5 - x 3 -1 = -1.

x 5 - x 3 -1 = -1 | +1
x 5 - x 3 -1 +1 = 0
x 5 - x 3 = 0
x 3 · ( x 2 -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 2 -1 = 0 | +1
x 2 = 1 | 2
x2 = - 1 = -1
x3 = 1 = 1

An den Stellen x1 = -1 , x2 = 0 und x3 = 1 gilt also f(x)= -1.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( x -4 ) 4 +161 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -1.

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Es gilt f(x) = -1, also -2 ( x -4 ) 4 +161 = -1.

-2 ( x -4 ) 4 +161 = -1 | -161
-2 ( x -4 ) 4 = -162 |: ( -2 )
( x -4 ) 4 = 81 | 4

1. Fall

x -4 = - 81 4 = -3
x -4 = -3 | +4
x1 = 1

2. Fall

x -4 = 81 4 = 3
x -4 = 3 | +4
x2 = 7

An den Stellen x1 = 1 und x2 = 7 gilt also f(x)= -1.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 4 +4 x 2 +2 und g(x)= 5 x 2 +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 +4 x 2 +2 = 5 x 2 +2 | -2
x 4 +4 x 2 = 5 x 2 | -5 x 2
x 4 +4 x 2 -5 x 2 = 0
x 4 - x 2 = 0
x 2 · ( x 2 -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 2 -1 = 0 | +1
x 2 = 1 | 2
x2 = - 1 = -1
x3 = 1 = 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 ) = 5 ( -1 ) 2 +2 = 7 S1( -1 | 7 )

g(0) = 5 0 2 +2 = 2 S2(0| 2 )

g( 1 ) = 5 1 2 +2 = 7 S3( 1 | 7 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| - 3 4 ) und B(2|-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| - 3 4 ) und B(2|-3 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: - 3 4 = a · 1 n
II: -3 = a · 2 n

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

II: -3 = - 3 4 2 n | ⋅ ( - 4 3 )

4 = 2 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(-0.5), -g(-0.5) und -h(-0.5), 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(-0.5) = - ( -0,5 ) 2 < 0
  • -g(-0.5) = - ( -0,5 ) 3 > 0
  • -h(-0.5) = - ( -0,5 ) 4 < 0
  • Da -g(-0.5) 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(-0.5) < -h(-0.5). 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:
    0.54 =0.52 ⋅ 0.5 ⋅ 0.5, d.h. 0.54 < 0.52, also gilt - 0.54 > - 0.52.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(-0.5)= - ( -0,5 ) 2 < -h(-0.5)= - ( -0,5 ) 4 < -g(-0.5)= - ( -0,5 ) 3 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

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

= 216 +5

= 32 +5

= 37