Kl. 9Kl. 10

Potenzfunktionen

Bei einer Potenzfunktion steht die Variable in der Basis und der Exponent ist eine feste Zahl: $f(x) = a \cdot x^n$. Ob $n$ gerade, ungerade, negativ oder ein Bruch ist, entscheidet über die Form des Graphen. Hier lernst Du alle vier Typen kennen – mit Symmetrie, Verlauf und gemeinsamen Punkten.

\[f(x) = a \cdot x^n \qquad a \neq 0 \text{ (Streckfaktor)}, \quad n \text{ (Exponent)}\]

Nicht verwechseln: Bei der Potenzfunktion $x^2$ steht die Variable unten, bei der Exponentialfunktion $2^x$ steht sie im Exponenten. Die Rechenregeln für Potenzen findest Du unter Potenzen und Potenzgesetze.

Natürliche Exponenten: gerade oder ungerade?

Für $n = 1, 2, 3, \ldots$ gibt es zwei Familien von Graphen. Bei geradem Exponenten erinnern sie an die Normalparabel, bei ungeradem an eine liegende S-Kurve.

−2−1,5−1−0,50,511,52−11234xy0x²x⁴x⁶(1|1)
gerade Exponenten: $x^2,\ x^4,\ x^6$
−2−1,5−1−0,50,511,52−3−2−1123xy0xx³x⁵(1|1)
ungerade Exponenten: $x,\ x^3,\ x^5$
Eigenschaft$n$ gerade ($x^2, x^4, \ldots$)$n$ ungerade ($x^3, x^5, \ldots$)
Symmetrieachsensymmetrisch zur y-Achse, denn $(-x)^n = x^n$punktsymmetrisch zum Ursprung, denn $(-x)^n = -x^n$
gemeinsame Punkte$(-1 \mid 1)$, $(0 \mid 0)$, $(1 \mid 1)$$(-1 \mid -1)$, $(0 \mid 0)$, $(1 \mid 1)$
Wertebereich$y \geq 0$alle reellen Zahlen
Monotoniefallend für $x \leq 0$, steigend für $x \geq 0$überall steigend
Verlauf (für $a > 0$)von links oben nach rechts oben: II → Ivon links unten nach rechts oben: III → I

Merke: Quadranten

Die Achsen teilen das Koordinatensystem in vier Quadranten, gezählt gegen den Uhrzeigersinn: I oben rechts, II oben links, III unten links, IV unten rechts. „Der Graph verläuft von II nach I“ heißt: Er kommt links von oben und geht rechts nach oben.

Je größer der Exponent, desto flacher ist der Graph zwischen $-1$ und $1$ und desto steiler außerhalb – denn zum Beispiel ist $0{,}5^6 = 0{,}015625$ viel kleiner als $0{,}5^2 = 0{,}25$, aber $2^6 = 64$ viel größer als $2^2 = 4$.

Der Faktor a: strecken, stauchen, spiegeln

−3−2−1123−4−224xy0x²2x²0,5x²−x²
  • $|a| > 1$: Der Graph wird in y-Richtung gestreckt (schmaler, z. B. $2x^2$).
  • $0 < |a| < 1$: Der Graph wird gestaucht (breiter, z. B. $0{,}5x^2$).
  • $a < 0$: Der Graph wird an der x-Achse gespiegelt. Dadurch dreht sich auch der Verlauf um: $-x^2$ verläuft von III nach IV, $-x^3$ von II nach IV.

Die Symmetrie ändert sich durch $a$ nicht. Wie man Graphen zusätzlich verschiebt, zeigt die Seite Funktionen verschieben und strecken mit Schiebereglern.

Negative Exponenten: Hyperbeln

Ein negativer Exponent bedeutet „Kehrwert“: $x^{-n} = \frac{1}{x^n}$. Die Graphen heißen Hyperbeln. Weil man nicht durch 0 teilen darf, ist $x = 0$ verboten: $D = \mathbb{R} \setminus \{0\}$.

−4−3−2−11234−4−3−2−11234xy01/x(1|1)
$x^{-1} = \frac{1}{x}$: punktsymmetrisch
−4−3−2−11234−11234567xy01/x²(1|1)
$x^{-2} = \frac{1}{x^2}$: achsensymmetrisch
  • Beide Achsen sind Asymptoten: Der Graph kommt ihnen beliebig nahe, berührt sie aber nie.
  • Gerader negativer Exponent ($x^{-2}, x^{-4}$): achsensymmetrisch, alle Funktionswerte positiv, gemeinsame Punkte $(-1 \mid 1)$ und $(1 \mid 1)$.
  • Ungerader negativer Exponent ($x^{-1}, x^{-3}$): punktsymmetrisch zum Ursprung, Äste in den Quadranten I und III, gemeinsame Punkte $(-1 \mid -1)$ und $(1 \mid 1)$.

Gebrochene Exponenten: Wurzelfunktionen

Ein Bruch im Exponenten bedeutet eine Wurzel: $x^{\frac{1}{2}} = \sqrt{x}$, $x^{\frac{1}{3}} = \sqrt[3]{x}$ und allgemein $x^{\frac{m}{n}} = \sqrt[n]{x^m}$. In der Schule werden diese Funktionen nur für $x \geq 0$ betrachtet.

−1123456−11234xy0√x∛xx²y = x(1|1)
  • Definitionsbereich und Wertebereich: $x \geq 0$ bzw. $y \geq 0$. Es gibt keine Symmetrie.
  • Alle Graphen gehen durch $(0 \mid 0)$ und $(1 \mid 1)$ und steigen – anfangs steil, dann immer flacher.
  • Der Graph von $\sqrt{x}$ ist der an der Geraden $y = x$ gespiegelte rechte Parabelast: $\sqrt{x}$ ist die Umkehrfunktion von $x^2$ für $x \geq 0$.

Mehr zum Rechnen mit Wurzeln steht unter Wurzeln und Wurzelgesetze.

Alle Typen auf einen Blick

ExponentBeispielDefinitionsbereichSymmetrieGraph
gerade, positiv$x^4$alle $x$achsensymmetrischParabel, II → I
ungerade, positiv$x^3$alle $x$punktsymmetrischS-Kurve, III → I
gerade, negativ$x^{-2} = \frac{1}{x^2}$$x \neq 0$achsensymmetrischHyperbel in I und II
ungerade, negativ$x^{-1} = \frac{1}{x}$$x \neq 0$punktsymmetrischHyperbel in I und III
Bruch$x^{\frac{1}{2}} = \sqrt{x}$$x \geq 0$keineWurzelkurve in I

Beispiele Schritt für Schritt

1. Funktionswert berechnen

$f(x) = -2x^3$, gesucht ist $f(-3)$. Negative Zahlen beim Einsetzen immer in Klammern setzen und zuerst potenzieren:

$f(-3) = -2 \cdot (-3)^3 = -2 \cdot (-27) = 54$

2. Punktprobe

Liegt $P(2 \mid -16)$ auf dem Graphen von $f(x) = -x^4$? Einsetzen: $f(2) = -(2^4) = -16$. Der Funktionswert stimmt mit der y-Koordinate überein – ja, P liegt auf dem Graphen. Für $Q(-2 \mid 16)$ gilt dagegen $f(-2) = -\left((-2)^4\right) = -16 \neq 16$ – Q liegt nicht darauf.

3. Gleichungen $a \cdot x^n = c$ lösen

Erst nach $x^n$ umstellen, dann die $n$-te Wurzel ziehen:

  • $3x^4 = 48 \;\Rightarrow\; x^4 = 16 \;\Rightarrow\; x = \pm 2$ (gerader Exponent: zwei Lösungen)
  • $x^3 + 5 = -3 \;\Rightarrow\; x^3 = -8 \;\Rightarrow\; x = -2$ (ungerader Exponent: genau eine Lösung)
  • $2x^2 = -18 \;\Rightarrow\; x^2 = -9$: keine Lösung, denn ein Quadrat ist nie negativ.
  • $4x^{-2} = 1 \;\Rightarrow\; \frac{4}{x^2} = 1 \;\Rightarrow\; x^2 = 4 \;\Rightarrow\; x = \pm 2$
  • $3\sqrt{x} = 15 \;\Rightarrow\; \sqrt{x} = 5 \;\Rightarrow\; x = 25$

4. Funktionsterm aus einem Punkt bestimmen

Gesucht ist eine Potenzfunktion $f(x) = a \cdot x^3$, deren Graph durch $P(2 \mid 4)$ geht. Einsetzen: $4 = a \cdot 2^3 = 8a$, also $a = \frac{1}{2}$ und $f(x) = \frac{1}{2}x^3$.

Typische Fehler

  • $-3^2$ ist $-9$, aber $(-3)^2$ ist $9$. Beim Einsetzen negativer Zahlen deshalb immer Klammern setzen.
  • Bei $x^2 = 9$ die negative Lösung vergessen: Es gilt $x = 3$ oder $x = -3$.
  • $x^{-2}$ ist nicht $-x^2$, sondern $\frac{1}{x^2}$ – das Minus im Exponenten macht einen Kehrwert, keine negative Zahl.
  • $x^{\frac{1}{2}}$ ist nicht $\frac{x}{2}$, sondern $\sqrt{x}$.
  • „Gerade Funktion“ meint einen geraden Exponenten, nicht einen geraden Graphen (Geraden sind lineare Funktionen).
Anzeige

Online üben

Funktionswerte, Punktprobe, Symmetrie und Verlauf – in Stufe 2 mit negativen und gebrochenen Exponenten, in Stufe 3 Gleichungen. Verlauf gibst Du als Quadranten ein, zum Beispiel 3; 1 für „von III nach I“.

Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 Neue Aufgaben

Stufe 1: natürliche Exponenten

  1. Aufgabe 1
    \(f(x) = -3x^{2}:\quad f(-2)\)
    \(f(-2) =\)
    \(f(-2) = -12\)
  2. Aufgabe 2
    \(f(x) = -\frac{1}{2}x^{3}:\quad \text{Verlauf}\)
    \(\text{von II nach IV}\)
  3. Aufgabe 3
    \(f(x) = x^{2}:\quad \text{Symmetrie}\)
    \(\text{achsensymmetrisch}\)
  4. Aufgabe 4
    \(f(x) = -4x^{3},\quad P(-1 \mid 4)\)
    \(\text{ja}\)
  5. Aufgabe 5
    \(f(x) = -\frac{1}{2}x^{4},\quad P(2 \mid 8)\)
    \(\text{nein, denn } f(2) = -8\)
  6. Aufgabe 6
    \(f(x) = -2x^{5},\quad P(1 \mid -3)\)
    \(\text{nein, denn } f(1) = -2\)

Tippe Deine Lösung ein und klicke auf „Prüfen“ (oder drücke Enter). Brüche als 3/4, Dezimalzahlen mit Komma, mehrere Lösungen mit ; trennen, Potenzen als x^2, Wurzeln als sqrt(5). Punkte: 10 für richtig beim ersten Versuch, 6 nach einem Fehlversuch, 5 mit Tipp, 0 wenn Du Dir vorher die Lösung anschaust. Deine Punkte und Abzeichen siehst Du unter Mein Training.

Arbeitsblatt: Potenzfunktionen

Eine volle DIN-A4-Seite Aufgaben mit Lösungsblatt zum Ausdrucken – bei jedem Klick neue Aufgaben. Klasse 9–10.

Schwierigkeit

Zeichne mehrere Potenzfunktionen gleichzeitig im Funktionsplotter. Wenn mehrere Potenzen addiert werden, entstehen ganzrationale Funktionen; die Parabel $x^2$ wird bei den quadratischen Funktionen genauer untersucht.

Weiterlesen: Potenzfunktion bei Wikipedia

Anzeige