Die Potenzfunktionen
In der allgemeinen Exponentialfunktion ist die Basis fest und der Exponent variabel. Vertauschen wir die Rollen, erhalten wir.
Definition (allgemeine Potenzfunktionen)
Sei b ∈ ℝ. Dann definieren wir potb : ] 0, ∞ [ → ℝ durch
potb(x) = xb = expx(b) = eb log(x) für alle x > 0.
Die Funktion potb heißt die Potenzfunktion zum Exponenten b.
Beispiele für Potenzfunktionen sind die auf ℝ+ erklärten Funktionen
1, x, x2, x3, …
x− 1 = 1/x, x− 2 = 1/x2, x− 3 = 1/x3, …
x1/2 = , x1/3 = 3, x1/4 = 4, …
xn/m = m für n ∈ ℤ und m ∈ ℕ*.
Für einen positiven Exponenten b können wir die Potenzfunktionen stetig durch potb(0) = 0 fortsetzen. Für manche Exponenten b kann die Potenzfunktion potb sogar auf ganz ℝ erklärt werden, z. B. für b ∈ ℕ oder b = 1/3, nicht aber für b = −1 oder b = 1/2. Im Allgemeinen sind die Potenzfunktionen nur für positive reelle Zahlen definiert, da zu ihrer Definition die Logarithmusfunktion herangezogen wird.
Potenzfunktionen zu positiven Exponenten
Potenzfunktionen zu negativen Exponenten
Die beiden Welten der Potenzfunktionen für positive bzw. negative Exponenten werden durch die konstante Potenzfunktion pot0 mit
pot0(x) = x0 = 1 für alle x > 0
getrennt. Die Wurzelfunktionen pot1/n nähern sich punktweise von unten an pot0 an, wenn n gegen unendlich strebt. Ebenso nähern sich die Potenzfunktionen pot−1/n punktweise von oben an pot0 an. Beide Typen haben Besonderheiten an ihrer linken Definitionsgrenze 0: Die Wurzelfunktionen können stetig im Nullpunkt fortgesetzt werden, sind dort aber nicht differenzierbar. Und die Funktionen pot−1/n(x) streben gegen unendlich, wenn x gegen 0 strebt.