Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 4 -4 x 2 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 -4 x 2 = 0
x 2 ( x 2 -4 ) = 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 -4 = 0 | +4
x 2 = 4 | 2
x2 = - 4 = -2
x3 = 4 = 2

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

S1( -2 |0), S2(0|0), S3( 2 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 4 +8x +1 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 1.

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Es gilt f(x) = 1, also x 4 +8x +1 = 1.

x 4 +8x +1 = 1 | -1
x 4 +8x +1 -1 = 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

An den Stellen x1 = -2 und x2 = 0 gilt also f(x)= 1.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

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

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

- ( 4 +3x ) 3 -3 = 5
- ( 3x +4 ) 3 -3 = 5 | +3
- ( 3x +4 ) 3 = 8 |: ( -1 )
( 3x +4 ) 3 = -8 | 3
3x +4 = - 8 3 = -2
3x +4 = -2 | -4
3x = -6 |:3
x = -2

An der Stelle x1 = -2 gilt also f(x)= 5.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 5 -6 x 3 +2 und g(x)= -5 x 3 +2 .

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

x 5 -6 x 3 +2 = -5 x 3 +2 | -2
x 5 -6 x 3 = -5 x 3 | +5 x 3
x 5 -6 x 3 +5 x 3 = 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

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 ) 3 +2 = 7 S1( -1 | 7 )

g(0) = -5 0 3 +2 = 2 S2(0| 2 )

g( 1 ) = -5 1 3 +2 = -3 S3( 1 | -3 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|4) 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|4) und B(2|16 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 4 = a · 1 n
II: 16 = a · 2 n

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

II: 16 = 4 2 n | ⋅ 1 4

4 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=2

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 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(0.8), -g(-0.8) und h(-0.8), 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(0.8) = 0,8 2 > 0
  • -g(-0.8) = - ( -0,8 ) 3 > 0
  • h(-0.8) = ( -0,8 ) 4 > 0
  • Da alle Werte positiv sind, schauen wir nur auf die Beträge:

    Und weil 0.8 < 1 ist, werden die Werte mit jeder Potenz immer kleiner. 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:
    0.83 =0.82 ⋅ 0.8 bzw. 0.84 =0.83 ⋅ 0.8.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    h(-0.8)= ( -0,8 ) 4 < -g(-0.8)= - ( -0,8 ) 3 < f(0.8)= 0,8 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -4 x 3 -5x -7 . Berechne den Funktionswert f(1).

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Wir setzen 1 einfach für x in f(x)= -4 x 3 -5x -7 ein:

f(1) = -4 1 3 -51 -7

= -41 -5 -7

= -4 -5 -7

= -9 -7

= -16