Potenzfunktionen - 4. Stufe

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Die Graphen der Funktionen mit f(x) = x^-1/n, n ∈ IN

Es sei stets IN₀={0,1,2,...} und IN={1,2,3,..}, insbesondere also IN₀ =/= IN.
Wir betrachten in diesem Abschnitt die Graphen solcher Funktionen, die einen negativen Stammbruch der Form $\textstyle - \frac{1}{n}$ mit $n \in \mathbb{N}$ als Exponenten haben. Für diese Art der Exponenten gilt: $-1\leq \textstyle -\frac{1}{n}< 0$.

Vergleich mit Funktionen aus Stufe 3

Aufgabe 1  Verleiche den neuen Graphen (blau) mit dem, den Du schon aus Stufe 3 dieses Kurses kennst (rot gestrichelt); mit dem Schieberegler kannst Du dazu wieder die Exponenten verändern. Beschreibe Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Graphen! Achte dabei auf Definitionsbereich Symmetrie Monotonie größte und kleinste Funktionswerte Gibt es Punkte, die allen Graphen gemeinsam sind? Begründe! Zur Hilfe kannst du auch die Schar der Graphen zeichnen lassen. HINWEIS: Rechtsklick auf Graph - "Spur an" auswählen [Lösung anzeigen][Lösung ausblenden] kommt noch

Exponenten, Brüche und Potenzgesetze

Im vorliegenden Fall betrachten wir negative Stammbrüche als Exponten. Man erinnere sich dabei an die Potenzgesetze, insbesondere an folgenden Zusammenhang:

Für eine reelle Zahl $a$ und eine natürliche Zahl $n$ wird definiert:

$a^{-n} := \textstyle \frac{1}{a^n}$ für $a \neq 0.$

Auf unsere Situation angewandt ergibt sich:

$x^{-\frac 1 n}$$= \frac{1}{x^{\frac 1 n}}.$

Aufgabe 2  Zeige die Richtigkeit folgender Behauptung: Es sei n eine natürliche Zahl; dann hat die Funktion $f(x)=x^{-\frac{1}{n}}$ den Definitonsbereich D = IR+. [Lösung anzeigen][Lösung ausblenden] Nach Stufe 3 dieses Kurses ist eine Wurzelfunktion $g(x)=\sqrt{x}$ nur auf IR+ definiert, das heißt ihr Definitionsbereich $M =$IR+. Aufgrund des Zusammenhangs $f(x) = x^{-\frac 1 n}= \textstyle \frac{1}{x^{\frac 1 n}} = \textstyle \frac{1}{\sqrt[n]{x}} = \textstyle \frac{1}{g(x)}$ überträgt sich der Definitionsbereich der Funktion g auf die Funktion f.

Potenzfunktionen und ihre Umkehrfunktionen

Hinweis: man beachte besonders hier die unterschiedliche Bedeutung von $f^{-1}$ und $f(x)=x^{-1}$!

Beispiel

Es sei $f$ eine Potenzfunktion, definiert durch $f(x)=x^{\frac 1 3}$. Gesucht ist die Umkehrfunktion $f^{-1}$ von $f$. $f^{-1}$ ergibt sich aus $f$ durch Auflösen nach $x$. Es ist: $\begin{matrix}y &=& x^{\frac 1 3}, && &|& (\,)^3 \\ y^3 &=& x^{\frac 3 3} && && \\ &=& x. &\,& && \end{matrix}$

Beispiel

Es sei $f$ eine Potenzfunktion, nun definiert durch $f(x)=x^{- \frac 1 3}$ mit Definitionsbereich ID = IR+. Gesucht ist wieder ihre Umkehrfunktion $f^{-1}$. Auflösen nach $x$ ergibt: $\begin{matrix}y &=& x^{- \frac 1 3}. &|& (\,)^3\\ y^3 &=& x^{- \frac 3 3}, && \\ &=& x^{-1}, && \\ &=& \textstyle \frac 1 x. &|& \cdot x \\ x\cdot y^3 &=& 1. &|& :y^3 \\ x &=& \textstyle \frac{1}{y^3} && \\ &=& y^{-3}.&& \end{matrix}$

Zusammenfassung

Die Umkehrfunktionen von Potenzfunktionen der Bauart $f(x) = x^{\frac 1 n}$ mit $n\geq2$ sind Potenzfunktionen der Bauart $f(x) = x^n.$

Die Umkehrfunktionen von Potenzfunktionen der Bauart $f(x) = x^{- \frac 1 n}$ mit $n\geq2$ sind Potenzfunktionen der Bauart $f(x) = x^{-n}=\textstyle \frac{1}{x^n}$.

Aufgabe 3  In wieweit kann man zu einer vorgegebenen Potenzfunktion eine Umkehrfunktion finden? Begründe Deine Überlegungen und beachte dabei besonders Definitions- und Wertebereich der betrachteten Funktionen, sowie ihr Monotonieverhalten! [Lösung anzeigen][Lösung ausblenden] kommt noch

Was bewirken Parameter in Potenzfunktionen? - Merkregel "5 S"

• Spiegeln
• Strecken
• Stauchen
• Schieben
• Superponieren

Siehe Video auf www.oberprima.com.

test zone

$\begin{matrix}f(n+1)&=& (n+1)^2 \\ &=& n^2 + 2n + 1\end{matrix}$