Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 3 -8 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 -8 = 0 | +8
x 3 = 8 | 3
x = 8 3 = 2

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

S1( 2 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x ( x +3 ) 2 ( x -1 ) . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

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Es gilt f(x) = 0, also x ( x +3 ) 2 ( x -1 ) = 0.

x ( x +3 ) 2 ( x -1 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

( x +3 ) 2 ( x -1 ) = 0

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

1. Fall:

( x +3 ) 2 = 0 | 2
x +3 = 0
x +3 = 0 | -3
x2 = -3

2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x3 = 1

An den Stellen x1 = -3 , x2 = 0 und x3 = 1 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( x 2 -28 ) 3 -56 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

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Es gilt f(x) = -2, also -2 ( x 2 -28 ) 3 -56 = -2.

-2 ( x 2 -28 ) 3 -56 = -2 | +56
-2 ( x 2 -28 ) 3 = 54 |: ( -2 )
( x 2 -28 ) 3 = -27 | 3
x 2 -28 = - 27 3 = -3
x 2 -28 = -3 | +28
x 2 = 25 | 2
x1 = - 25 = -5
x2 = 25 = 5

An den Stellen x1 = -5 und x2 = 5 gilt also f(x)= -2.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

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

x 5 -2 x 2 +3 = - x 2 +3 | -3
x 5 -2 x 2 = - x 2 | + x 2
x 5 -2 x 2 + x 2 = 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

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) = - 0 2 +3 = 3 S1(0| 3 )

g( 1 ) = - 1 2 +3 = 2 S2( 1 | 2 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|4) und B(-3|-108 ) 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|4) und B(-3|-108 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 4 = a · 1 n
II: -108 = a · (-3) n

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

II: -108 = 4 (-3) n | ⋅ 1 4

-27 = (-3) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 4 x 3

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(0.6), g(-0.6) und -h(-0.6), 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(0.6) = 0,6 2 > 0
  • g(-0.6) = ( -0,6 ) 3 < 0
  • -h(-0.6) = - ( -0,6 ) 4 < 0
  • Da f(0.6) 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(-0.6) < -h(-0.6). 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:
    0.64 =0.63 ⋅ 0.6, d.h. 0.64 < 0.63, also gilt - 0.64 > - 0.63.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    g(-0.6)= ( -0,6 ) 3 < -h(-0.6)= - ( -0,6 ) 4 < f(0.6)= 0,6 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(-2) = ( -2( -2 ) -3 ) 3 -5

= ( 4 -3 ) 3 -5

= 1 3 -5

= 1 -5

= -4