Potenz- und Wurzelfunktionen

Lernpfad erstellt und betreut von:

Wolfgang Schäffer

E-mail: wolfgang.schaeffer@edu.uni-graz.at
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Übersicht:       
Hilfe
1. Grundlegendes
2. Exponent mit natürlichen Zahlen
3. Exponent mit ganzen Zahlen
4. Die Wurzelfunktion (Exponent ist rational)
5. Potenzen und Wurzeln von Polynomen
6. Abschlusstest

Die Wurzelfunktion (Exponent ist rational)
 
4.1 
Einführung / Motivation:


Bisher haben wir genau genommen nur über Rechenregeln gesprochen. Nun wollen wir uns zum ersten Mal einer "richtigen" mathematischen Problemstellung zuwenden. Betrachten wir eine positive reelle Zahl. Gibt es eine reelle Zahl, deren Quadrat gleich der gegebenen Zahl ist?

Aus Beobachtung wissen wir schon, dass:

32 = 3 · 3 = 9
42 = 4 · 4 = 16
52 = 5 · 5 = 25

Weiters haben wir auch schon in der Geometrie die Quadratwurzel gezogen. Wenn wir jetzt nochmal auf unsere Beobachtung oben schauen und unser Wissen über Quadratwurzeln berücksichtigen, können wir erkennen, dass es einen Zusammenhang gibt:


Also haben wir eine Antwort zu unserer Frage gefunden:
Ja es gibt eine positive reelle Zahl(3) deren Quadrat die Zahl gegebene Zahl 9 ergibt. 32 = 9
Es gibt aber auch noch einige andere Zahlenpaare, die wir für die Beantwortung unserer Frage heranziehen könnten (siehe oben).

Wir haben aber auch gesehen, dass:

daraus vermuten wir einen Zusammenhang von Quadratwurzeln und x2.

 
4.2 
Definition der n-ten Wurzel aus einer nichtnegativen Zahl a:


Die obige Vermutung kann man verallgemeinern: Die n-te Wurzel aus einer nichtnegativen Zahl a ist jene nichtnegative Zahl b, deren n-te Potenz gleich a ist.

Formal bedeutet dies dann:

a, b aus den reellen Zahlen wobei a ≥ 0 und b ≥ 0 und n aus den natürlichen Zahlen ohne der Null:



Dabei heißt a Radikand, n Wurzelexponent und b Wurzel(wert)



Witers führen wir folgende Definition ein:



Lernstoff
 
4.3 
Für Interessierte hier der Link zu der Beschreibung von Wurzeln in Mathe-online:

http://www.mathe-online.at/mathint/zahlen/i.html#Wurzel


 
4.4 
Bemerkungen zu den obigen Definitionen:


Mit der Definition in 4.2 können wir nun auch Potnezen mit rationalen Exponenten betrachtne und es gilt:

(1)

daraus sehen wir, dass sich Potenzieren und Wurzelziehen in den positiven reellen Zahlen aufhebt! (sind inverse Rechenoperationen in R+)

(2)

a aus den positiven reellen Zahlen, r aus N\{0}, s aus den ganzen Zahlen, r und s teilerfremd.


 
4.5 
Rechenregeln für Wurzeln:


Die Rechenregeln der Wurzeln ergeben sich aus jenen der Potenzen.
Für positive Zahlen a und b und n, m, k aus den natürlichen Zahlen gelten die folgenden Rechengesetze:

Produktregel:


Quotientenregel:


Schreibweise 1:


Schreibweise 2:


Wurzelziehen aus Wurzel:


Erweitern und zusammenfassen:


Kürzen:


 
4.6 
Tricks beim Wurzelziehen:


(1) Teilweises (partielles) Wurzelziehen:
Hierbei wird der Radikand so geschickt in mindestens zwei Faktoren zerlegt, dass aus zumindest einem Faktor die Wurzel gezogen werden kann.

(2) Wurzelfreimachen des Nenners:
Hierbei wird ein Bruch, dessen Nenner eine Wurzel enthält, so erweitert, dass die Wurzel im Nenner wegfällt.

Folgende Beispiele sollen dir eine Überblick über diese Technik geben:





 
4.7 
Übung zum Thema Rechnen mit Potenzen:


http://www.mathe-online.at/materialien/Wolfgang.Schaeffer/files/
   Potenz-_und_Wurzelfunktionen/Rechnen_mit_Hochzahlen.htm



Übungsaufgaben
 
4.8 
Wurzelfunktion als Umkehrfunktion der Potenzfunktion:


Definition:


Die Funktion wn: R0+ —> R0+ mit der Funktionsgleichung

n aus den Natürlichen Zahlen ohne Null heißt Wurzelfunktion.


Lernstoff
 
4.9 
Graphen von Wurzelfunktionen:

http://www.mathe-online.at/materialien/Wolfgang.Schaeffer/files/
   Potenz-_und_Wurzelfunktionen/Wurzelfunktionen_Schaubild.png


Die Wurzelfunktion ist nur für positive x aus den reellen Zahlen definiert!

Schaubild

 
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