Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 5 - x 3 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 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

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

S1( -1 |0), S2(0|0), S3( 1 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x -1 ) 2 ( x +1 ) 2 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

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Es gilt f(x) = 0, also ( x -1 ) 2 ( x +1 ) 2 = 0.

( x -1 ) 2 ( x +1 ) 2 = 0
( ( x -1 ) · ( x +1 ) ) 2 = 0 | 2
( x -1 ) · ( x +1 ) = 0
( x -1 ) · ( x +1 ) = 0

Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.

1. Fall:

x -1 = 0 | +1
x1 = 1

2. Fall:

x +1 = 0 | -1
x2 = -1

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

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( -5 -2x ) 3 -58 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -4.

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Es gilt f(x) = -4, also -2 ( -5 -2x ) 3 -58 = -4.

-2 ( -5 -2x ) 3 -58 = -4
-2 ( -2x -5 ) 3 -58 = -4 | +58
-2 ( -2x -5 ) 3 = 54 |: ( -2 )
( -2x -5 ) 3 = -27 | 3
-2x -5 = - 27 3 = -3
-2x -5 = -3 | +5
-2x = 2 |:(-2 )
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)= - x 3 -4x -127 und g(x)= -4x -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 -4x -127 = -4x -2 | +127
- x 3 -4x = -4x +125 | +4x
- 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 ) = -4( -5 ) -2 = 18 S1( -5 | 18 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 4 3 ) und B(-2| - 128 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| - 128 3 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 4 3 = a · 1 n
II: - 128 3 = a · (-2) n

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

II: - 128 3 = 4 3 (-2) n | ⋅ 3 4

-32 = (-2) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=5

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 4 3 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(-0.3), -g(0.3) und h(-0.3), 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(-0.3) = - ( -0,3 ) 2 < 0
  • -g(0.3) = - 0,3 3 < 0
  • h(-0.3) = ( -0,3 ) 4 > 0
  • Da h(-0.3) 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(-0.3) < -g(0.3). 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:
    0.33 =0.32 ⋅ 0.3, d.h. 0.33 < 0.32, also gilt - 0.33 > - 0.32.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(-0.3)= - ( -0,3 ) 2 < -g(0.3)= - 0,3 3 < h(-0.3)= ( -0,3 ) 4 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 ( 3x -5 ) 3 +1 . Berechne den Funktionswert f(1).

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Wir setzen 1 einfach für x in f(x)= 2 ( 3x -5 ) 3 +1 ein:

f(1) = 2 ( 31 -5 ) 3 +1

= 2 ( 3 -5 ) 3 +1

= 2 ( -2 ) 3 +1

= 2( -8 ) +1

= -16 +1

= -15