Ganzrationale Funktionen

Polynomial Functions

Mathematik Klasse 10 18 Aufgaben
FunktionenPolynomNullstellenSymmetrieKerncurriculum

Grad, Randverhalten, Nullstellen mit Vielfachheit und Symmetrie einer ganzrationalen Funktion ergeben sich aus ihrer algebraischen Struktur, nicht aus dem Bild. Der führende Term steuert allein das Verhalten für x → ±∞. Die Symmetrie liest man an den Exponenten ab: nur gerade Exponenten ⇒ achsensymmetrisch, nur ungerade ⇒ punktsymmetrisch. Eine Funktion vom Grad n hat höchstens n reelle Nullstellen, gezählt mit Vielfachheit. Die biquadratische Gleichung wird über die Substitution z = x² auf eine quadratische zurückgeführt.

Leicht
Multiple Choice #1 12s ▶ Testen

Welchen Grad hat f(x) = 5x³ − 2x⁴ + 7?

  • ● 4
  • ○ 3
  • ○ 5
Der Grad ist der höchste Exponent, unabhängig von der Reihenfolge der Summanden — hier x⁴, also Grad 4. Nicht der zuerst geschriebene Term (x³) und nicht der größte Koeffizient (5) bestimmen den Grad.
Wahr / Falsch #2 10s ▶ Testen

f(x) = x² − 4x + 1 ist eine ganzrationale Funktion.

✓ Wahr
Ja. Eine Summe von Potenzen von x mit reellen Koeffizienten ist ganzrational; f(x) = x² − 4x + 1 ist eine solche vom Grad 2.
Lückentext #3 10s ▶ Testen

Eine ganzrationale Funktion vom Grad n hat höchstens ___ Nullstellen.

✓ Antwort: n
Ein Polynom vom Grad n hat höchstens n reelle Nullstellen. „Höchstens" — die tatsächliche Anzahl kann wegen Vielfachheiten oder fehlender reeller Lösungen kleiner sein.
Multiple Choice #4 15s ▶ Testen

f(x) = x⁴ − 5x² + 4. Setze z = x². Welche Gleichung ergibt sich?

  • ● z² − 5z + 4 = 0
  • ○ z⁴ − 5z + 4 = 0
  • ○ z² + 5z + 4 = 0
Mit z = x² wird x⁴ = (x²)² = z² und x² = z. Also z² − 5z + 4 = 0. x⁴ wird zu z², nicht zu z⁴.
Multiple Choice #5 15s ▶ Testen

Welche Vielfachheit hat die Nullstelle x₀ = 2 bei f(x) = (x − 2)³·(x + 1)?

  • ● 3
  • ○ 4
  • ○ 1
Die Vielfachheit einer Nullstelle ist der Exponent ihres Linearfaktors — (x − 2)³ liefert Vielfachheit 3. Nicht die Zahl aller Faktoren (das gäbe 4) und nicht einfach 1.
Lückentext #6 12s ▶ Testen

Bei einer Nullstelle mit ___ Vielfachheit durchschneidet der Graph die x-Achse.

✓ Antwort: ungerader
Bei ungerader Vielfachheit wechselt das Vorzeichen der Funktion — der Graph schneidet die x-Achse und wechselt die Seite.
Wahr / Falsch #7 12s ▶ Testen

Die Funktion f(x) = x⁵ hat genau eine Nullstelle.

✓ Wahr
x⁵ = 0 gilt genau für x = 0 — eine einzige Nullstelle (mit Vielfachheit 5). Der hohe Grad bedeutet nicht viele verschiedene Nullstellen.
Mittel
Multiple Choice #1 18s ▶ Testen

Wie verhält sich f(x) = −2x³ + x für x → +∞?

  • ● f(x) → −∞
  • ○ f(x) → +∞
  • ○ f(x) → 0
Für x → +∞ entscheidet allein der führende Term −2x³. x³ → +∞, mit dem Faktor −2 also → −∞. Weder das Vorzeichen des Leitkoeffizienten noch ein niedrigerer Term darf ignoriert werden.
Zahleneingabe #2 25s ▶ Testen

Löse die biquadratische Gleichung x⁴ − 5x² + 4 = 0. Wie viele reelle Lösungen gibt es?

✓ Antwort: 4
Substitution z = x²: z² − 5z + 4 = 0 → z₁ = 1, z₂ = 4. Rücksubstitution: x² = 1 → x = ±1; x² = 4 → x = ±2. Also 4 Lösungen.
Multiple Choice #3 22s ▶ Testen

Welche Funktion ist achsensymmetrisch zur y-Achse?

  • ● f(x) = x⁴ − 3x²
  • ○ f(x) = x³ − 3x
  • ○ f(x) = x⁴ − 3x² + x
Achsensymmetrie zur y-Achse gilt genau bei nur geraden Exponenten (f(−x) = f(x)). x⁴ − 3x² erfüllt das; x³ − 3x ist punktsymmetrisch, und schon ein einzelnes x (ungerader Exponent) zerstört die Achsensymmetrie.
Wahr / Falsch #4 18s ▶ Testen

Die Funktion f(x) = x³ − 4x ist punktsymmetrisch zum Ursprung.

✓ Wahr
f(−x) = (−x)³ − 4(−x) = −x³ + 4x = −(x³ − 4x) = −f(x). Nur ungerade Exponenten ⇒ ungerade Funktion ⇒ punktsymmetrisch zum Ursprung.
Multiple Choice #5 18s ▶ Testen

Wie verhält sich f(x) = x⁴ − 2x² für x → −∞?

  • ● f(x) → +∞
  • ○ f(x) → −∞
  • ○ f(x) → 0
Der führende Term x⁴ hat geraden Exponenten — für x → −∞ ist ein negatives x in einer geraden Potenz positiv, also x⁴ → +∞. Das Vorzeichen von x spielt bei gerader Potenz keine Rolle.
Zahleneingabe #6 22s ▶ Testen

Bestimme die Nullstellen von f(x) = x³ − 4x. Wie viele reelle Nullstellen gibt es?

✓ Antwort: 3
f(x) = x(x² − 4) = x(x − 2)(x + 2). Die Nullstellen sind x = 0, x = 2, x = −2 — also 3.
Wahr / Falsch #7 15s ▶ Testen

f(x) = (x − 2)²·(x + 1). Berührt der Graph die x-Achse bei x = 2, ohne sie zu durchschneiden?

✓ Wahr
Bei x = 2 steht der Faktor (x − 2)² — Vielfachheit 2, also gerade. Bei gerader Vielfachheit wechselt das Vorzeichen der Funktion nicht, der Graph berührt die x-Achse nur (Berührpunkt) und läuft auf derselben Seite weiter.
Multiple Choice #8 15s ▶ Testen

Welche Funktion hat nur ungerade Exponenten?

  • ● f(x) = x³ + x
  • ○ f(x) = x⁴ + x²
  • ○ f(x) = x³ + 1
Nur ungerade Exponenten heißt jeder Summand hat ungeraden Exponenten — x³ + x hat die Exponenten 3 und 1. Ein konstantes Glied ist x⁰ (gerader Exponent) und zerstört die reine Ungeradheit.
Multiple Choice #9 22s ▶ Testen

Welche Funktion ist punktsymmetrisch zum Ursprung?

  • ● f(x) = x⁵ − 2x³
  • ○ f(x) = x⁴ − 2x²
  • ○ f(x) = x³ + 2
Punktsymmetrie zum Ursprung gilt genau bei nur ungeraden Exponenten (f(−x) = −f(x)). x⁵ − 2x³ erfüllt das; x⁴ − 2x² ist achsensymmetrisch, und das konstante +2 (x⁰) zerstört die Symmetrie.
Multiple Choice #10 18s ▶ Testen

Welche Nullstellen hat f(x) = (x − 1)(x − 3)?

  • ● x = 1 und x = 3
  • ○ x = −1 und x = −3
  • ○ x = 3 (der y-Achsenschnitt)
Nullstellen sind die x-Werte mit f(x) = 0, also die Nullstellen der Faktoren — (x − 1) wird 0 bei x = 1, (x − 3) bei x = 3. Nicht −1 und −3 (das Vorzeichen kehrt sich um) und nicht der y-Achsenschnitt f(0) = 3.
Schwer
Multiple Choice #1 22s ▶ Testen

Welche Funktion strebt für x → +∞ und für x → −∞ jeweils gegen +∞?

  • ● f(x) = x⁴ − 3x²
  • ○ f(x) = x³ + x
  • ○ f(x) = −x⁴ + 2
Auf beiden Seiten → +∞ gilt genau bei geradem Grad und positivem Leitkoeffizienten. x⁴ − 3x² erfüllt beides; ungerader Grad (x³) gibt entgegengesetzte Enden, und ein negativer Leitkoeffizient (−x⁴) schickt beide Enden nach −∞.