Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= -2 ( -4 +2x ) 3 -128 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:

-2 ( -4 +2x ) 3 -128 = 0
-2 ( 2x -4 ) 3 -128 = 0 | +128
-2 ( 2x -4 ) 3 = 128 |: ( -2 )
( 2x -4 ) 3 = -64 | 3
2x -4 = - 64 3 = -4
2x -4 = -4 | +4
2x = 0 |:2
x = 0

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

S1(0|0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

x 3 + x 2 -5 = -5 | +5
x 3 + x 2 -5 +5 = 0
x 3 + x 2 = 0
x 2 ( x +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 +1 = 0 | -1
x2 = -1

An den Stellen x1 = -1 und x2 = 0 gilt also f(x)= -5.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( 6 +3x ) 3 -31 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -4.

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Es gilt f(x) = -4, also ( 6 +3x ) 3 -31 = -4.

( 6 +3x ) 3 -31 = -4
( 3x +6 ) 3 -31 = -4 | +31
( 3x +6 ) 3 = 27 | 3
3x +6 = 27 3 = 3
3x +6 = 3 | -6
3x = -3 |:3
x = -1

An der Stelle x1 = -1 gilt also f(x)= -4.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 6 x 3 - x 2 +4 und g(x)= 5 x 3 +4 .

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

6 x 3 - x 2 +4 = 5 x 3 +4 | -4
6 x 3 - x 2 = 5 x 3 | -5 x 3
6 x 3 -5 x 3 - x 2 = 0
x 3 - x 2 = 0
x 2 ( x -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 -1 = 0 | +1
x2 = 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) = 5 0 3 +4 = 4 S1(0| 4 )

g( 1 ) = 5 1 3 +4 = 9 S2( 1 | 9 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

I: -2 = a · 1 n
II: -32 = a · (-2) n

Aus I ergibt sich ja sofort -2 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: -32 = -2 (-2) n | ⋅ ( - 1 2 )

16 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=4

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= -2 x 4

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(1.7), g(-1.7) und -h(-1.7), 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(1.7) = 1,7 2 > 0
  • g(-1.7) = ( -1,7 ) 3 < 0
  • -h(-1.7) = - ( -1,7 ) 4 < 0
  • Da f(1.7) 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(-1.7) > -h(-1.7). 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:
    1.74 =1.73 ⋅ 1.7, d.h. 1.74 > 1.73, also gilt - 1.74 < - 1.73.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(-1.7)= - ( -1,7 ) 4 < g(-1.7)= ( -1,7 ) 3 < f(1.7)= 1,7 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - x 2 +5x -8 . Berechne den Funktionswert f(-1).

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Wir setzen -1 einfach für x in f(x)= - x 2 +5x -8 ein:

f(-1) = - ( -1 ) 2 +5( -1 ) -8

= -1 -5 -8

= -14