Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= ( x -1 ) 4 +16 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 -1 ) 4 +16 = 0 | -16
( x -1 ) 4 = -16 | 4

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!

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

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 +3x -16 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 2.

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Es gilt f(x) = 2, also x 2 +3x -16 = 2.

x 2 +3x -16 = 2 | -2

x 2 +3x -18 = 0

Lösen mit der a-b-c-Formel (Mitternachtsformel):

eingesetzt in x1,2 = - b ± b 2 -4a · c 2a ergibt:

x1,2 = -3 ± 3 2 -4 · 1 · ( -18 ) 21

x1,2 = -3 ± 9 +72 2

x1,2 = -3 ± 81 2

x1 = -3 + 81 2 = -3 +9 2 = 6 2 = 3

x2 = -3 - 81 2 = -3 -9 2 = -12 2 = -6

Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):

vor dem Einsetzen in x1,2 = - p 2 ± ( p 2 ) 2 - q
berechnen wir zuerst die Diskriminante D = ( p 2 ) 2 - q :

D = ( 3 2 ) 2 - ( -18 ) = 9 4 + 18 = 9 4 + 72 4 = 81 4

x1,2 = - 3 2 ± 81 4

x1 = - 3 2 - 9 2 = - 12 2 = -6

x2 = - 3 2 + 9 2 = 6 2 = 3

An den Stellen x1 = -6 und x2 = 3 gilt also f(x)= 2.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( x -2 ) 3 +245 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -5.

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Es gilt f(x) = -5, also -2 ( x -2 ) 3 +245 = -5.

-2 ( x -2 ) 3 +245 = -5 | -245
-2 ( x -2 ) 3 = -250 |: ( -2 )
( x -2 ) 3 = 125 | 3
x -2 = 125 3 = 5
x -2 = 5 | +2
x = 7

An der Stelle x1 = 7 gilt also f(x)= -5.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= - x 3 + x +127 und g(x)= x +2 .

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

- x 3 + x +127 = x +2 | -127
- x 3 + x = x -125 | - x
- x 3 = -125 |: ( -1 )
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 ) = 5 +2 = 7 S1( 5 | 7 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| - 3 4 ) und B(3| - 81 4 ) 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(3| - 81 4 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: - 3 4 = a · 1 n
II: - 81 4 = a · 3 n

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

II: - 81 4 = - 3 4 3 n | ⋅ ( - 4 3 )

27 = 3 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 3 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 -g(-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 -f(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 =0.62 ⋅ 0.6 ⋅ 0.6, d.h. 0.64 < 0.62, also gilt - 0.64 > - 0.62.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 x 3 -3 . Berechne den Funktionswert f(1).

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Wir setzen 1 einfach für x in f(x)= -2 x 3 -3 ein:

f(1) = -2 1 3 -3

= -21 -3

= -2 -3

= -5