Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 3 +27 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 +27 = 0 | -27
x 3 = -27 | ⋅3
x = - 27 3 = -3

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

S1( -3 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 5 -8 x 2 -3 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -3.

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Es gilt f(x) = -3, also x 5 -8 x 2 -3 = -3.

x 5 -8 x 2 -3 = -3 | +3
x 5 -8 x 2 -3 +3 = 0
x 5 -8 x 2 = 0
x 2 · ( x 3 -8 ) = 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 -8 = 0 | +8
x 3 = 8 | ⋅3
x2 = 8 3 = 2

An den Stellen x1 = 0 und x2 = 2 gilt also f(x)= -3.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( x -3 ) 3 +129 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 1.

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Es gilt f(x) = 1, also -2 ( x -3 ) 3 +129 = 1.

-2 ( x -3 ) 3 +129 = 1 | -129
-2 ( x -3 ) 3 = -128 |: ( -2 )
( x -3 ) 3 = 64 | ⋅3
x -3 = 64 3 = 4
x -3 = 4 | +3
x = 7

An der Stelle x1 = 7 gilt also f(x)= 1.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 3 - x +67 und g(x)= -x +3 .

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

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( -4 ) = -( -4 ) +3 = 7 ⇒ S1( -4 | 7 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 4 3 ) und B(2| 32 3 ) 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 3 ) und B(2| 32 3 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 4 3 = a · 1 n
II: 32 3 = a · 2 n

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

II: 32 3 = 4 3 ⋅ 2 n | ⋅ 3 4

8 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 4 3 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(1.1), -g(-1.1) und h(-1.1), 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(1.1) = 1,1 2 > 0
  • -g(-1.1) = - ( -1,1 ) 3 > 0
  • h(-1.1) = ( -1,1 ) 4 > 0
  • Da alle Werte positiv sind, schauen wir nur auf die Beträge:

    Und weil 1.1 > 1 ist, werden die Werte natürlich mit jeder Potenz immer größer. 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:
    1.13 =1.12 ⋅ 1.1 bzw. 1.14 =1.13 ⋅ 1.1.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    f(1.1)= 1,1 2 < -g(-1.1)= - ( -1,1 ) 3 < h(-1.1)= ( -1,1 ) 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

f(-1) = -3⋅ ( -( -1 ) -3 ) 2 -1

= -3⋅ ( 1 -3 ) 2 -1

= -3⋅ ( -2 ) 2 -1

= -3⋅4 -1

= -12 -1

= -13