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Nullstellen berechnen

Beispiel:

Bestimme die Schnittpunkte der Funktion f mit f(x)= -2 x 2 +24x -70 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 2 +24x -70 = 0 |:2

- x 2 +12x -35 = 0

eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

x1,2 = -12 ± 12 2 -4 · ( -1 ) · ( -35 ) 2( -1 )

x1,2 = -12 ± 144 -140 -2

x1,2 = -12 ± 4 -2

x1 = -12 + 4 -2 = -12 +2 -2 = -10 -2 = 5

x2 = -12 - 4 -2 = -12 -2 -2 = -14 -2 = 7

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

S1( 5 |0), S2( 7 |0)

x-Werte berechnen (f(x) gegeben)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= ( x +4 ) ( x -5 ) 2 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = 0.

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Es gilt f(x) = 0, also ( x +4 ) ( x -5 ) 2 = 0.

( x +4 ) ( x -5 ) 2 = 0
( x -5 ) 2 ( x +4 ) = 0

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

1. Fall:

( x -5 ) 2 = 0 | 2
x -5 = 0
x -5 = 0 | +5
x1 = 5

2. Fall:

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

An den Stellen x1 = -4 und x2 = 5 gilt also f(x)= 0.

x-Werte berechnen (schwerer)

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= 2 x 3 +49 . Berechne alle Stellen für die gilt: f(x) = -5.

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Es gilt f(x) = -5, also 2 x 3 +49 = -5.

2 x 3 +49 = -5 | -49
2 x 3 = -54 |:2
x 3 = -27 | 3
x = - 27 3 = -3

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

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Berechne die Schnittpunkte der Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= -4 x 4 -8 x 3 +60 x 2 -5x +3 und g(x)= -5x +3 .

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

-4 x 4 -8 x 3 +60 x 2 -5x +3 = -5x +3 | -3
-4 x 4 -8 x 3 +60 x 2 -5x = -5x | +5x
-4 x 4 -8 x 3 +60 x 2 -5x +5x = 0
-4 x 4 -8 x 3 +60 x 2 = 0
-4 x 2 ( x 2 +2x -15 ) = 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 +2x -15 = 0

eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

x2,3 = -2 ± 2 2 -4 · 1 · ( -15 ) 21

x2,3 = -2 ± 4 +60 2

x2,3 = -2 ± 64 2

x2 = -2 + 64 2 = -2 +8 2 = 6 2 = 3

x3 = -2 - 64 2 = -2 -8 2 = -10 2 = -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 ) = -5( -5 ) +3 = 28 S1( -5 | 28 )

g(0) = -50 +3 = 3 S2(0| 3 )

g( 3 ) = -53 +3 = -12 S3( 3 | -12 )

Termbestimmung mit Punktproben

Beispiel:

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

I: - 1 2 = a · 1 n
II: -4 = a · 2 n

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

II: -4 = - 1 2 2 n | ⋅ ( -2 )

8 = 2 n

Durch Ausprobieren mit ganzzahligen n erhält man so n=3

Der gesuchte Funktionsterm ist somit: f(x)= - 1 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(0.7), g(-0.7) und h(-0.7), 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(0.7) = - 0,7 2 < 0
  • g(-0.7) = ( -0,7 ) 3 < 0
  • h(-0.7) = ( -0,7 ) 4 > 0
  • Da h(-0.7) 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(0.7) < g(-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:
    0.73 =0.72 ⋅ 0.7, d.h. 0.73 < 0.72, also gilt - 0.73 > - 0.72.

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

Funktionswerte berechnen

Beispiel:

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)= - ( -3x -4 ) 3 +3 . Berechne den Funktionswert f(-2).

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

f(-2) = - ( -3( -2 ) -4 ) 3 +3

= - ( 6 -4 ) 3 +3

= - 2 3 +3

= -8 +3

= -5