Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= ( x -2 ) 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 -2 ) 3 -27 = 0 | +27
( x -2 ) 3 = 27 | ⋅3
x -2 = 27 3 = 3
x -2 = 3 | +2
x = 5

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

S1( 5 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 2 -3x -20 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -2.

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Es gilt f(x) = -2, also x 2 -3x -20 = -2.

x 2 -3x -20 = -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 ) 2⋅1

x1,2 = +3 ± 9 +72 2

x1,2 = +3 ± 81 2

x1 = 3 + 81 2 = 3 +9 2 = 12 2 = 6

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

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 = - 6 2 = -3

x2 = 3 2 + 9 2 = 12 2 = 6

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( x -3 ) 3 -13 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 3.

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Es gilt f(x) = 3, also 2 ( x -3 ) 3 -13 = 3.

2 ( x -3 ) 3 -13 = 3 | +13
2 ( x -3 ) 3 = 16 |:2
( x -3 ) 3 = 8 | ⋅3
x -3 = 8 3 = 2
x -3 = 2 | +3
x = 5

An der Stelle x1 = 5 gilt also f(x)= 3.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= x 4 -2 x 3 -2x +1 und g(x)= -2x +1 .

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

x 4 -2 x 3 -2x +1 = -2x +1 | -1
x 4 -2 x 3 -2x = -2x | +2x
x 4 -2 x 3 -2x +2x = 0
x 4 -2 x 3 = 0
x 3 · ( x -2 ) = 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 = 0 | +2
x2 = 2

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) = -2⋅0 +1 = 1 ⇒ S1(0| 1 )

g( 2 ) = -2⋅2 +1 = -3 ⇒ S2( 2 | -3 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1|2) und B(2|64 ) 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|64 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 2 = a · 1 n
II: 64 = a · 2 n

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

II: 64 = 2⋅ 2 n | ⋅ 1 2

32 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=5

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 2 x 5

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(1.2), g(-1.2) und h(-1.2), 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(1.2) = 1,2 2 > 0
  • g(-1.2) = ( -1,2 ) 3 < 0
  • h(-1.2) = ( -1,2 ) 4 > 0
  • Da g(-1.2) der einzige negative Funktionswert ist, muss dieser also der kleinste sein.

    Und weil die anderen beiden Werte positiv sind, schauen wir nur auf die Beträge:

    Dabei gilt f(1.2) < h(-1.2). 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:
    1.24 =1.22 ⋅ 1.2 ⋅ 1.2.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    g(-1.2)= ( -1,2 ) 3 < f(1.2)= 1,2 2 < h(-1.2)= ( -1,2 ) 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 32 x 4 -5 . Berechne den Funktionswert f(-1).

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Wir setzen -1 einfach für x in f(x)= 32 x 4 -5 ein:

f(-1) = 32⋅ ( -1 ) 4 -5

= 32⋅1 -5

= 32 -5

= 27