Подробно о степени и возведение в степень

Когда число умножается само на себя, произведение называется степенью.

Так      2.2 = 4, квадрат или вторая степень 2-х
     2.2.2 = 8, куб или третья степень.
     2.2.2.2 = 16, четвёртая степень.

Также,      10.10 = 100, вторая степень 10.
     10.10.10 = 1000, третья степень.
    10.10.10.10 = 10000 четвёртая степень.

И      a.a = aa, вторая степень a
     a.a.a = aaa, третья степень a
     a.a.a.a = aaaa, четвёртая степень a

Первоначальное число называется корнем степени этого числа, потому что это число, из которого были созданы степени.

Однако не совсем удобно, особенно в случае высоких степеней, записывать все множители, из которых состоят степени. Поэтому используется сокращенный метод обозначения. Корень степени записывается только один раз, а справа и немного выше возле него, но чуть меньшим шрифтом записывается сколько раз выступает корень как множитель. Это число или буква называется показателем степени или степенью числа. Так, а2 равно a.a или aa, потому что корень a дважды должен быть умножен сам на себя, чтобы получилось степень aa. Также, a3 означает aaa, то есть здесь a повторяется три раза как множитель.

Показатель первой степени есть 1, но он обычно не записывается. Так, a1 записывается как a.

Вы не должны путать степени с коэффициентами. Коэффициент показывает, как часто величина берётся как часть целого. Степень показывает, как часто величина берётся как множитель в произведении.
Так, 4a = a + a + a + a.      Но a4 = a.a.a.a

Схема обозначения со степенями имеет своеобразное преимущество, позволяя нам выражать неизвестную степень. Для этой цели в показатель степени вместо числа записывается буква. В процессе решения задачи, мы можем получить величину, которая, как мы можем знать, есть некоторой степенью другой величины. Но пока что мы не знаем, это квадрат, куб или другая, более высокая степень. Так, в выражении ax, показатель степени означает, что это выражение имеет некоторую степень, хотя не определено какую степень. Так, bm и dn возводятся в степени m и n. Когда показатель степени найден, число подставляется вместо буквы. Так, если m=3, тогда bm = b3; но если m = 5, тогда bm=b5.

Метод записи значений с помощью степеней является также большим преимуществом в случае использования выражений . Tак, (a + b + d)3 есть (a + b + d).(a + b + d).(a + b + d), то есть куб трёхчлена (a + b + d). Но если записать это выражение после возведения в куб, оно будет иметь вид
a3 + 3a2b + 3a2d + 3ab2 + 6abd + 3ad2 + b3 + d3.

Если мы возьмем ряд степеней, чьи показатели увеличиваются или уменьшаются на 1, мы обнаружим, что произведение увеличивается на общий множитель или уменьшается на общий делитель, и этот множитель или делитель есть первоначальным числом, которое возводится в степень.

Так, в ряде      aaaaa, aaaa, aaa, aa, a;
или        a5, a4, a3, a2, a1;
показатели , если считать справа налево, равны 1, 2, 3, 4, 5; и разница между их значениями равна 1. Если мы начнем справа умножатьна a, мы успешно получим несколько значений.

Tак a.a = a2, второй член. И a3.a = a4
     a2.a = a3, третий член. a4.a = a5.

Если мы начнем слева делить на a,
мы получим a5:a = a4      и a3:a = a2.
a4:a = a3       a2:a = a1

Но такой процесс деления может быть продолжен и далее, и мы получаем новый набор значений.

Так, a:a = a/a = 1. (1/a):a = 1/aa
     1:a = 1/a      (1/aa):a = 1/aaa.

Полный ряд будет: aaaaa, aaaa, aaa, aa, a, 1, 1/a, 1/aa, 1/aaa.

Или a5, a4, a3, a2, a, 1, 1/a, 1/a2, 1/a3.

Здесь значения справа от единицы есть обратными значениям слева от единицы. Поэтому эти степени могут быть названы обратными степенями a. Можно также сказать, что степени слева есть обратными к степеням справа.

Так, 1:(1/a) = 1.(a/1) = a. И 1:(1/a3) = a3.

Тот же самый план записи может применяться к многочленам. Так, для a + b, мы получим множество,
(a + b)3, (a + b)2, (a + b), 1, 1/(a + b), 1/(a + b)2, 1/(a + b)3.

Для удобства используется еще одна форма записи обратных степеней.

Согласно этой форме, 1/a или 1/a1 = a-1. И 1/aaa или 1/a3 = a-3.
1/aa или 1/a2 = a-2. 1/aaaa или 1/a4 = a-4.

А чтобы сделать с показателями законченный ряд с 1 как общая разница, a/a или 1, рассматривается как такое, что не имеет степени и записывается как a0.

Тогда, учитывая прямые и обратные степени
вместо aaaa, aaa, aa, a, a/a, 1/a, 1/aa, 1/aaa, 1/aaaa
можно записать      a4, a3, a2, a1, a0, a-1, a-2, a-3, a-4.
Или      a+4, a+3, a+2, a+1, a0, a-1, a-2, a-3, a-4.

А ряд только отдельно взятых степеней будет иметь вид:
     +4,+3,+2,+1,0,-1,-2,-3,-4.

Корень степени может выражен более чем одной буквой.

Так, aa.aa или (aa)2 есть второй степенью aa.
И aa.aa.aa или (aa)3 есть третьей степенью aa.

Все степени цифры 1 одинаковы: 1.1 или 1.1.1. будет равно 1.

Возведение в степень есть нахождение значения любого числа путем умножения этого числа само на себя. Правило возведения в степень:

Умножайте величину саму на себя столько раз, сколько указано в степени числа.

Это правило является общим для всех примеров, которые могут возникнуть в процессе возведения в степень. Но будет правильно дать объяснение, каким образом оно применяется к частным случаям.

Если в степень возводится только один член, то он умножается сам на себя столько раз, сколько указывает показатель степени.

Четвертая степень a есть a4 или aaaa. (Art. 195.)
Шестая степень y есть y6 или yyyyyy.
N-ая степень x есть xn или xxx..... n раз повторенное.

Если необходимо возвести в степень выражение из нескольких членов, применяется принцип, согласно которому степень произведения нескольких множителей равна произведению этих множителей, возведенных в степень.

Tак (ay)2 =a2y2; (ay)2 = ay.ay.
Но ay.ay = ayay = aayy = a2y2.
Так, (bmx)3 = bmx.bmx.bmx = bbbmmmxxx = b3m3x3.

Поэтому, в нахождении степени произведения мы можем или оперировать со всем произведением сразу, или мы можем оперировать с каждым множителем отдельно, а потом умножить их значения со степенями.

Пример 1. Четвертая степень dhy есть (dhy)4, или d4h4y4.

Пример 2. Третья степень 4b, есть (4b)3, или 43b3, или 64b3.

Пример 3. N-ая степень 6ad есть (6ad)n или 6nandn.

Пример 4. Третья степень 3m.2y есть (3m.2y)3, или 27m3.8y3.

Степень двочлена, состоящего из членов, соединенных знаком + и -, вычисляется умножением его членов. Tак,

(a + b)1 = a + b, первая степень.
(a + b)1 = a2 + 2ab + b2, вторая степень (a + b).
(a + b)3 = a3 + 3a2b + 3ab2 + b3, третья степень.
(a + b)4 = a4 + 4a3b + 6a2b2 + 4ab3 + b4, четвертая степень.

Квадрат a - b, есть a2 - 2ab + b2.

3 + 3a2 + 3a + 1.

Квадрат a + b + h есть a2 + 2ab + 2ah + b2 + 2bh + h2

Упражнение 1. Найдите куб a + 2d + 3

Упражнение 2. Найдите четвертую степень b + 2.

Упражнение 3. Найдите пятую степень x + 1.

Упражнение 4. Найдите шестую степень 1 - b.

Квадраты суммы суммы и разницы двочленов встречаются так часто в алгебре, что необходимо их знать очень хорошо.

Если мы умножаем a + h само на себя или a - h само на себя,
мы получаем: (a + h)(a + h) = a2 + 2ah + h2      также, (a - h)(a - h) = a2 - 2ah + h2.

Отсюда видно, что в каждом случае, первый и последний члены есть квадраты a и h, а средний член есть удвоеннное произведение a на h. Отсюда, квадрат суммы и разницы двочленов может быть найден, используя следующее правило.

Квадрат двочлена, оба члена которых положительны, равен квадрату первого члена + удвоенное произведение обоих членов, + квадрат последнего члена.

Квадрат разницы двочленов равен квадрату первого члена минус удвоенное произведение обоих членов плюс квадрат второго члена.

Пример 1. Квадрат 2a + b, есть 4a2 + 4ab + b2.

Пример 2. Квадрат ab + cd, есть a2b2 + 2abcd + c2d2.

Пример 3. Квадрат 3d - h, есть 9d2 + 6dh + h2.

Пример 4. Квадрат a - 1 есть a2 - 2a + 1.

Чтобы узнать метод нахождения более высоких степеней двочленов, смотрите следующие разделы.

Во многих случаях является эффективным записывать степени без умножения.

Так, квадрат a + b, есть (a + b)2.
N-ая степень bc + 8 + x есть (bc + 8 + x)n

В таких случаях, скобки охватывают все члены под степенью.

Но если корень степени состоит из нескольких множителей, скобки могут охватывать всё выражение, или могут применяться отдельно к множителям в зависимости от удобства.

Так, квадрат (a + b)(c + d) есть или [(a + b).(c + d)]2 или (a + b)2.(c + d)2.

Для первого из этих выражений результатом есть квадрат произведения двух множителей, а для второго - произведением их квадратов. Но они равны друг другу.

Куб a.(b + d), есть [a.(b + d)]3, или a3.(b + d)3.

Необходимо также учитывать и знак перед вовлеченными членами. Очень важно помнить, что когда корень степени положительный, все его положительные степени также положительны. Но когда корень отрицательный, значения с нечетными степенями отрицательны, в то время как значения чётных степеней есть положительными.


Вторая степень (- a) есть +a2
Третья степень (-a) есть -a3
Четвёртая степень (-a) есть +a4
Пятая степень (-a) есть -a5

Отсюда любая нечётная степень имеет тот же самый знак, что и число. Но чётная степень есть положительна вне зависимости от того, имеет число отрицательный или положительный знак.
Так, +a.+a = +a2
И -a.-a = +a2

Величина, уже возвёденная в степень, еще раз возводится в степень путем умножения показателей степеней.

Третья степень a2 есть a2.3 = a6.

Для a2 = aa; куб aa есть aa.aa.aa = aaaaaa = a6; что есть шестой степенью a, но третьей степенью a2.

Четвертая степень a3b2 есть a3.4b2.4 = a12b8

Третья степень 4a2x есть 64a6x3.

Пятая степень (a + b)2 есть (a + b)10.

N-ая степень a3 есть a3n

N-ая степень (x - y)m есть (x - y)mn

(a3.b3)2 = a6.b6

(a3b2h4)3 = a9b6h12

Правило одинаково применяется к отрицательным степеням.

Пример 1. Третья степень a-2 есть a-3.3=a-6.

Для a-2 = 1/aa, и третья степень этого
(1/aa).(1/aa).(1/aa) = 1/aaaaaa = 1/a6 = a-6

Четвертая степень a2b-3 есть a8b-12 или a8/b12.

Квадрат b3x-1, есть b6x-2.

N-ая cтепень ax-m есть x-mn или 1/x.

Однако, здесь надо помнить, что если знак, предшествующий степени есть "-", то он должен быть изменен на "+" всегда, когда степень есть четным числом.

Пример 1. Квадрат -a3 есть +a6. Квадрат -a3 есть -a3.-a3, которое, согласно правилам знаков при умножении, есть +a6.

2. Но куб -a3 есть -a9. Для -a3.-a3.-a3 = -a9.

3. N-ая степень -a3 есть a3n.

Здесь результат может быть положительным или отрицательным в зависимости от того, какое есть n - чётное или нечётное.

Если дробь возводится в степень, то возводятся в степень числитель и знаменатель.

Квадрат a/b есть a2/b2. Согласно правилу умножению дробей,
     (a/b)(a/b) = aa/bb = a2b2

Вторая, третья и n-ая степени 1/a есть 1/a2, 1/a3 и 1/an.

Примеры двочленов, в которых один из членов является дробью.

1. Найдите квадрат x + 1/2 и x - 1/2.
(x + 1/2)2 = x2 + 2.x.(1/2) + 1/22 = x2 + x + 1/4
(x - 1/2)2 = x2 - 2.x.(1/2) + 1/22 = x2 - x + 1/4

2. Квадрат a + 2/3 есть a2 + 4a/3 + 4/9.

3. Квадрат x + b/2 = x2 + bx + b2/4.

4 Квадрат x - b/m есть x2 - 2bx/m + b2/m2.

Ранее было показано, что дробный коэффициент может быть перемещен из числителя в знаменатель или из знаментеля в числитель. Используя схему записи обратных степеней, видно, что любой множитель также может быть перемещен, если будет изменен знак степени.

Так, в дроби ax-2/y, мы можем переместить x из числителя в знаменатель.
Тогда ax-2/y = (a/y).x-2 = (a/y).(1/x2 = a/yx2.

В дроби a/by3 мы можем переместить у из знаменателя в числитель.
Тогда a/by2 = (a/b).(1/y3) = (a/b).y-3 = ay-3/b.

Таким же образом мы можем переместить множитель, который имеет положительный показатель степени в числитель или множитель с отрицательной степенью в знаменатель.

Так, ax3/b = a/bx-3. Для x3 обратным есть x-3, что есть x3 = 1/x-3.

Следовательно, знаменатель любой дроби может быть полностью удален, или числитель может быть сокращен до единицы, что не изменит значение выражения.

Так, a/b = 1/ba-1, or ab-1.


Электронная почта:

© 2005 - 2020
Копирование запрещено! В случае копирования администрация сайта обратится в компетентные органы.