Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= -2 x 5 +98 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:

-2 x 5 +98 x 3 = 0
2 x 3 · ( - x 2 +49 ) = 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 +49 = 0 | -49
- x 2 = -49 |: ( -1 )
x 2 = 49 | 2
x2 = - 49 = -7
x3 = 49 = 7

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

S1( -7 |0), S2(0|0), S3( 7 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

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

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

x 4 - x 2 -3 = -3 | +3
x 4 - x 2 -3 +3 = 0
x 4 - x 2 = 0
x 2 · ( x 2 -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 2 -1 = 0 | +1
x 2 = 1 | 2
x2 = - 1 = -1
x3 = 1 = 1

An den Stellen x1 = -1 , x2 = 0 und x3 = 1 gilt also f(x)= -3.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -2 ( x 2 -31 ) 3 +247 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -3.

Lösung einblenden

Es gilt f(x) = -3, also -2 ( x 2 -31 ) 3 +247 = -3.

-2 ( x 2 -31 ) 3 +247 = -3 | -247
-2 ( x 2 -31 ) 3 = -250 |: ( -2 )
( x 2 -31 ) 3 = 125 | 3
x 2 -31 = 125 3 = 5
x 2 -31 = 5 | +31
x 2 = 36 | 2
x1 = - 36 = -6
x2 = 36 = 6

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

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

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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 2 -3x +5 = -3x +5 | -5
x 3 - x 2 -3x = -3x | +3x
x 3 - x 2 -3x +3x = 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) = -30 +5 = 5 S1(0| 5 )

g( 1 ) = -31 +5 = 2 S2( 1 | 2 )

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(0.9), g(0.9) und -h(-0.9), 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(0.9) = 0,9 2 > 0
  • g(0.9) = 0,9 3 > 0
  • -h(-0.9) = - ( -0,9 ) 4 < 0
  • Da -h(-0.9) 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(0.9) > g(0.9). 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:
    0.93 =0.92 ⋅ 0.9.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -h(-0.9)= - ( -0,9 ) 4 < g(0.9)= 0,9 3 < f(0.9)= 0,9 2 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

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

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

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

= -3 ( 3 -2 ) 3 +2

= -3 1 3 +2

= -31 +2

= -3 +2

= -1