Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

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

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

S1( -4 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

x 5 - x 3 -4 = -4 | +4
x 5 - x 3 -4 +4 = 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)= -4.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 3 +67 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 3.

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Es gilt f(x) = 3, also x 3 +67 = 3.

x 3 +67 = 3 | -67
x 3 = -64 | 3
x = - 64 3 = -4

An der Stelle x1 = -4 gilt also f(x)= 3.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 6 x 3 -2x +16 und g(x)= 4 x 3 -2x .

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

6 x 3 -2x +16 = 4 x 3 -2x | -16 -4 x 3 +2x
2 x 3 = -16 |:2
x 3 = -8 | 3
x = - 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( -2 ) = 4 ( -2 ) 3 -2( -2 ) = -28 S1( -2 | -28 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

I: 1 = a · 1 n
II: 16 = a · (-2) n

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

II: 16 = (-2) n | ⋅ 1

16 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 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(1.2), -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 f(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 -g(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 =1.23 ⋅ 1.2, d.h. 1.24 > 1.23, also gilt - 1.24 < - 1.23.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(2) = 4 2 4 +3 2 2 +4

= 416 +34 +4

= 64 +12 +4

= 76 +4

= 80