Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= -2 ( x -3 ) 3 +250 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:

-2 ( x -3 ) 3 +250 = 0 | -250
-2 ( x -3 ) 3 = -250 |: ( -2 )
( x -3 ) 3 = 125 | 3
x -3 = 125 3 = 5
x -3 = 5 | +3
x = 8

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

S1( 8 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

x 2 + x +4 = 4 | -4
x 2 + x +4 -4 = 0
x 2 + x = 0
x · ( x +1 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x +1 = 0 | -1
x2 = -1

An den Stellen x1 = -1 und x2 = 0 gilt also f(x)= 4.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( -4 -2x ) 3 +19 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 3.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = 3, also -2 ( -4 -2x ) 3 +19 = 3.

-2 ( -4 -2x ) 3 +19 = 3
-2 ( -2x -4 ) 3 +19 = 3 | -19
-2 ( -2x -4 ) 3 = -16 |: ( -2 )
( -2x -4 ) 3 = 8 | 3
-2x -4 = 8 3 = 2
-2x -4 = 2 | +4
-2x = 6 |:(-2 )
x = -3

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= -5 x 3 +5 x 2 +250 und g(x)= -3 x 3 +5 x 2 .

Lösung einblenden

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

-5 x 3 +5 x 2 +250 = -3 x 3 +5 x 2 | -250 +3 x 3 -5 x 2
-2 x 3 = -250 |: ( -2 )
x 3 = 125 | 3
x = 125 3 = 5

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( 5 ) = -3 5 3 +5 5 2 = -250 S1( 5 | -250 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|-3) und B(2|-96 ) 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) und B(2|-96 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: -3 = a · 1 n
II: -96 = a · 2 n

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

II: -96 = -3 2 n | ⋅ ( - 1 3 )

32 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=5

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= -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(0.4), -g(0.4) und -h(0.4), 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(0.4) = 0,4 2 > 0
  • -g(0.4) = - 0,4 3 < 0
  • -h(0.4) = - 0,4 4 < 0
  • Da f(0.4) 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(0.4) < -h(0.4). 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:
    0.44 =0.43 ⋅ 0.4, d.h. 0.44 < 0.43, also gilt - 0.44 > - 0.43.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -g(0.4)= - 0,4 3 < -h(0.4)= - 0,4 4 < f(0.4)= 0,4 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(1) = -3 ( 31 -4 ) 3 -4

= -3 ( 3 -4 ) 3 -4

= -3 ( -1 ) 3 -4

= -3( -1 ) -4

= 3 -4

= -1