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  ∈  . Dann definieren wir potb : ] 0, ∞ [   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 + erklärten Funktionen

1,  x,  x2,  x3,  …

x− 1  =  1/x,  x− 2  =  1/x2,  x− 3  =  1/x3,  …

x1/2  =  x,  x1/3  =  3x,  x1/4  =  4x,  …

xn/m  =  mxn  für n  ∈   und m  ∈  *.

 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  erklärt werden, z. B. für b  ∈   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.

ema11-AbbIDef-power-1

Potenzfunktionen zu positiven Exponenten

ema11-AbbIDef-power-2

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.