Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 4 - x 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 4 - x = 0
x · ( x 3 -1 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 3 -1 = 0 | +1
x 3 = 1 | ⋅3
x2 = 1 3 = 1

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

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

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

x 3 - x 2 -4 = -4 | +4
x 3 - x 2 -4 +4 = 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 = 0 und x2 = 1 gilt also f(x)= -4.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( x +3 ) 3 -59 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 5.

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Es gilt f(x) = 5, also - ( x +3 ) 3 -59 = 5.

- ( x +3 ) 3 -59 = 5 | +59
- ( x +3 ) 3 = 64 |: ( -1 )
( 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)= 5.

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

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

x 6 + x 3 +5 x 2 +2 = 5 x 2 +2 | -2
x 6 + x 3 +5 x 2 = 5 x 2 | -5 x 2
x 6 + x 3 +5 x 2 -5 x 2 = 0
x 6 + x 3 = 0
x 3 · ( x 3 +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 3 +1 = 0 | -1
x 3 = -1 | ⋅3
x2 = - 1 3 = -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( -1 ) = 5⋅ ( -1 ) 2 +2 = 7 ⇒ S1( -1 | 7 )

g(0) = 5⋅ 0 2 +2 = 2 ⇒ S2(0| 2 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| 3 2 ) und B(-3| - 81 2 ) 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 2 ) und B(-3| - 81 2 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 3 2 = a · 1 n
II: - 81 2 = a · (-3) n

Aus I ergibt sich ja sofort 3 2 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: - 81 2 = 3 2 ⋅ (-3) n | ⋅ 2 3

-27 = (-3) n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= 3 2 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(1.7), g(-1.7) und -h(1.7), 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(1.7) = - 1,7 2 < 0
  • g(-1.7) = ( -1,7 ) 3 < 0
  • -h(1.7) = - 1,7 4 < 0
  • Da alle Werte negativ sind, schauen wir zunächst nur auf die Beträge:

    Und weil 1.7 > 1 ist, werden die Betrags-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:
    1.73 =1.72 ⋅ 1.7 bzw. 1.74 =1.73 ⋅ 1.7,
    d.h. 1.73 > 1.72, also gilt - 1.73 < - 1.72 und 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)= -2 ( 3x +4 ) 2 +3 . Berechne den Funktionswert f(-1).

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Wir setzen -1 einfach für x in f(x)= -2 ( 3x +4 ) 2 +3 ein:

f(-1) = -2⋅ ( 3⋅( -1 ) +4 ) 2 +3

= -2⋅ ( -3 +4 ) 2 +3

= -2⋅ 1 2 +3

= -2⋅1 +3

= -2 +3

= 1