Aufgabenbeispiele von Potenzfunktionen

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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= x 3 -4x 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 3 -4x = 0
x · ( x 2 -4 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 2 -4 = 0 | +4
x 2 = 4 | 2
x2 = - 4 = -2
x3 = 4 = 2

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

S1( -2 |0), S2(0|0), S3( 2 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= x 5 -8 x 2 -4 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -4.

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Es gilt f(x) = -4, also x 5 -8 x 2 -4 = -4.

x 5 -8 x 2 -4 = -4 | +4
x 5 -8 x 2 -4 +4 = 0
x 5 -8 x 2 = 0
x 2 · ( x 3 -8 ) = 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 3 -8 = 0 | +8
x 3 = 8 | 3
x2 = 8 3 = 2

An den Stellen x1 = 0 und x2 = 2 gilt also f(x)= -4.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - x 3 -60 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 4.

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Es gilt f(x) = 4, also - x 3 -60 = 4.

- x 3 -60 = 4 | +60
- x 3 = 64 |: ( -1 )
x 3 = -64 | 3
x = - 64 3 = -4

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 4 x 3 + x 2 + x -18 und g(x)= 4 x 3 +2 .

Lösung einblenden

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

4 x 3 + x 2 + x -18 = 4 x 3 +2 | -4 x 3 -2

x 2 + x -20 = 0

Lösen mit der a-b-c-Formel (Mitternachtsformel):

eingesetzt in x1,2 = - b ± b 2 -4a · c 2a ergibt:

x1,2 = -1 ± 1 2 -4 · 1 · ( -20 ) 21

x1,2 = -1 ± 1 +80 2

x1,2 = -1 ± 81 2

x1 = -1 + 81 2 = -1 +9 2 = 8 2 = 4

x2 = -1 - 81 2 = -1 -9 2 = -10 2 = -5

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 = ( 1 2 ) 2 - ( -20 ) = 1 4 + 20 = 1 4 + 80 4 = 81 4

x1,2 = - 1 2 ± 81 4

x1 = - 1 2 - 9 2 = - 10 2 = -5

x2 = - 1 2 + 9 2 = 8 2 = 4

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 ) 3 +2 = -498 S1( -5 | -498 )

g( 4 ) = 4 4 3 +2 = 258 S2( 4 | 258 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

Bestimme a und n so, dass die Punkte A(1| - 1 2 ) und B(2|-16 ) 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| - 1 2 ) und B(2|-16 ) in den Funktionsterm f(x)= a · x n ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: - 1 2 = a · 1 n
II: -16 = a · 2 n

Aus I ergibt sich ja sofort - 1 2 = a. Dies können wir gleich in II einsetzen:

II: -16 = - 1 2 2 n | ⋅ ( -2 )

32 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=5

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 1 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(0.7), -g(-0.7) und h(-0.7), 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(0.7) = - 0,7 2 < 0
  • -g(-0.7) = - ( -0,7 ) 3 > 0
  • h(-0.7) = ( -0,7 ) 4 > 0
  • Da -f(0.7) 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 -g(-0.7) > h(-0.7). 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:
    0.74 =0.73 ⋅ 0.7.

    Die richtige Reihenfolge ist also:
    -f(0.7)= - 0,7 2 < h(-0.7)= ( -0,7 ) 4 < -g(-0.7)= - ( -0,7 ) 3 .

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= -5 x 5 +2 x 4 +1 . Berechne den Funktionswert f(-1).

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Wir setzen -1 einfach für x in f(x)= -5 x 5 +2 x 4 +1 ein:

f(-1) = -5 ( -1 ) 5 +2 ( -1 ) 4 +1

= -5( -1 ) +21 +1

= 5 +2 +1

= 7 +1

= 8