Преобразуване на изрази с рационален степенен показател
Преобразуване на изрази със степен
с рационален показател
Как се преобразуват алгебрични изрази, съдържащи степени с дробен показател
В предходния урок разгледахме определението и свойствата на степента с рационален показател. В този урок ще ги приложим на практика: ще разкриваме скоби, ще прилагаме формулите за съкратено умножение, ще разлагаме на множители, ще съкращаваме дроби и ще пресмятаме числени стойности. Ключовото умение е да разпознаваме познатите алгебрични структури (разлика на квадрати, куб на двучлен и т.н.), дори когато показателите са дробни.
- ако знаменателят на показателя е четно число — основата трябва да е неотрицателна (\(a\geq0\));
- ако знаменателят е нечетно число — допустими са и отрицателни стойности, например \((-8)^{\frac{1}{3}}=\sqrt[3]{-8}=-2\).
- \((u\pm v)^2=u^2\pm2uv+v^2\)
- \((u-v)(u+v)=u^2-v^2\)
- \((u\pm v)^3=u^3\pm3u^2v+3uv^2\pm v^3\)
- \(u^3-v^3=(u-v)(u^2+uv+v^2)\)
- \(u^3+v^3=(u+v)(u^2-uv+v^2)\)
Тези формули важат и когато \(u\) и \(v\) са степени с дробен показател, например \(u=a^{\frac{1}{3}}\), \(v=b^{\frac{1}{2}}\) и т.н.
- Запишете всичко в степенен вид — заменете корените със степени с дробен показател.
- Уеднаквете основите, където е възможно (например \(8=2^3\), \(27=3^3\)).
- Разпознайте формулата — потърсете разлика на квадрати, куб на двучлен, сума/разлика на кубове и т.н.
- Изнесете общ множител — степента с най-малък показател.
- Съкратете — ако работите с дроб, разложете числителя и знаменателя и съкратете общите множители.
Кликнете върху задача, за да видите пълното решение.
Умножаваме \(a^{\frac{1}{4}}\) по всеки от събираемите в скобата, като прилагаме свойството \(a^r\cdot a^s=a^{r+s}\):
\[ a^{\frac{1}{4}}\cdot a^{\frac{1}{2}}-a^{\frac{1}{4}}\cdot a^{\frac{3}{4}}=a^{\frac{1}{4}+\frac{1}{2}}-a^{\frac{1}{4}+\frac{3}{4}}=a^{\frac{3}{4}}-a^{1}=a^{\frac{3}{4}}-a. \quad\blacksquare \]Разпознаваме формулата за разлика на квадрати \((u-v)(u+v)=u^2-v^2\) с \(u=1\) и \(v=a^{1{,}5}=a^{\frac{3}{2}}\):
\[ \left(1-a^{\frac{3}{2}}\right)\!\left(1+a^{\frac{3}{2}}\right)=1^2-\left(a^{\frac{3}{2}}\right)^2=1-a^3. \quad\blacksquare \]Прилагаме формулата \((u+v)^2=u^2+2uv+v^2\) с \(u=2a^{\frac{1}{2}}\) и \(v=3b^{\frac{1}{3}}\):
\[ \left(2a^{\frac{1}{2}}\right)^2+2\cdot2a^{\frac{1}{2}}\cdot3b^{\frac{1}{3}}+\left(3b^{\frac{1}{3}}\right)^2=4a+12a^{\frac{1}{2}}b^{\frac{1}{3}}+9b^{\frac{2}{3}}. \quad\blacksquare \]Разпознаваме формулата за разлика на кубове \(u^3-v^3=(u-v)(u^2+uv+v^2)\) с \(u=a^{\frac{1}{3}}\) и \(v=2b^{\frac{1}{3}}\). Наистина, вторият множител е точно \(u^2+uv+v^2\):
\[ \left(a^{\frac{1}{3}}\right)^3-\left(2b^{\frac{1}{3}}\right)^3=a-8b. \quad\blacksquare \]Разкриваме всяка скоба по формулата за квадрат на двучлен:
\[ \left(a^{\frac{1}{4}}-b^{\frac{1}{4}}\right)^2=a^{\frac{1}{2}}-2a^{\frac{1}{4}}b^{\frac{1}{4}}+b^{\frac{1}{2}}, \] \[ \left(a^{\frac{1}{4}}+b^{\frac{1}{4}}\right)^2=a^{\frac{1}{2}}+2a^{\frac{1}{4}}b^{\frac{1}{4}}+b^{\frac{1}{2}}. \]Събираме двата израза. Средните членове \(\pm2a^{\frac{1}{4}}b^{\frac{1}{4}}\) се унищожават:
\[ 2a^{\frac{1}{2}}+2b^{\frac{1}{2}}=2\!\left(a^{\frac{1}{2}}+b^{\frac{1}{2}}\right)=2\left(\sqrt{a}+\sqrt{b}\right). \quad\blacksquare \]Първото произведение е разлика на квадрати, а второто — квадрат на двучлен:
\[ \left(a^{\frac{1}{3}}\right)^2-\left(b^{\frac{1}{3}}\right)^2-\left(a^{\frac{2}{3}}-2a^{\frac{1}{3}}b^{\frac{1}{3}}+b^{\frac{2}{3}}\right) \] \[ =a^{\frac{2}{3}}-b^{\frac{2}{3}}-a^{\frac{2}{3}}+2a^{\frac{1}{3}}b^{\frac{1}{3}}-b^{\frac{2}{3}}=2a^{\frac{1}{3}}b^{\frac{1}{3}}-2b^{\frac{2}{3}}. \]Изнасяме общия множител \(2b^{\frac{1}{3}}\) (степента с най-малък показател от членовете, съдържащи \(b\)):
\[ 2b^{\frac{1}{3}}\!\left(a^{\frac{1}{3}}-b^{\frac{2}{3}-\frac{1}{3}}\right)=2b^{\frac{1}{3}}\!\left(a^{\frac{1}{3}}-b^{\frac{1}{3}}\right). \quad\blacksquare \]Изнасяме общия множител — степента с най-малък показател, т.е. \(x^{\frac{1}{4}}\):
\[ x^{\frac{3}{4}}-3x^{\frac{1}{4}}=x^{\frac{1}{4}}\!\left(x^{\frac{3}{4}-\frac{1}{4}}-3\right)=x^{\frac{1}{4}}\!\left(x^{\frac{1}{2}}-3\right). \quad\blacksquare \]Записваме израза като разлика на квадрати: \(a^{\frac{2}{3}}=\left(a^{\frac{1}{3}}\right)^2\) и \(b^{\frac{2}{3}}=\left(b^{\frac{1}{3}}\right)^2\). Тогава:
\[ a^{\frac{2}{3}}-b^{\frac{2}{3}}=\left(a^{\frac{1}{3}}\right)^2-\left(b^{\frac{1}{3}}\right)^2=\left(a^{\frac{1}{3}}-b^{\frac{1}{3}}\right)\!\left(a^{\frac{1}{3}}+b^{\frac{1}{3}}\right). \quad\blacksquare \]Записваме \(8a^{\frac{3}{2}}=\left(2a^{\frac{1}{2}}\right)^3\) и \(27b^{\frac{3}{2}}=\left(3b^{\frac{1}{2}}\right)^3\). Прилагаме формулата за разлика на кубове \(u^3-v^3=(u-v)(u^2+uv+v^2)\):
\[ \left(2a^{\frac{1}{2}}-3b^{\frac{1}{2}}\right)\!\left(4a+6a^{\frac{1}{2}}b^{\frac{1}{2}}+9b\right). \quad\blacksquare \]Записваме числителя като разлика на кубове: \(a-b=\left(a^{\frac{1}{3}}\right)^3-\left(b^{\frac{1}{3}}\right)^3\). По формулата \(u^3-v^3=(u-v)(u^2+uv+v^2)\):
\[ a-b=\left(a^{\frac{1}{3}}-b^{\frac{1}{3}}\right)\!\left(a^{\frac{2}{3}}+a^{\frac{1}{3}}b^{\frac{1}{3}}+b^{\frac{2}{3}}\right). \]Съкращаваме общия множител \(\left(a^{\frac{1}{3}}-b^{\frac{1}{3}}\right)\):
\[ \frac{a-b}{a^{\frac{1}{3}}-b^{\frac{1}{3}}}=a^{\frac{2}{3}}+a^{\frac{1}{3}}b^{\frac{1}{3}}+b^{\frac{2}{3}}. \quad\blacksquare \]Записваме числителя като разлика на квадрати: \(a-b=\left(a^{\frac{1}{2}}\right)^2-\left(b^{\frac{1}{2}}\right)^2=\left(a^{\frac{1}{2}}-b^{\frac{1}{2}}\right)\!\left(a^{\frac{1}{2}}+b^{\frac{1}{2}}\right)\). Съкращаваме:
\[ \frac{a-b}{a^{\frac{1}{2}}+b^{\frac{1}{2}}}=\frac{\left(a^{\frac{1}{2}}-b^{\frac{1}{2}}\right)\!\left(a^{\frac{1}{2}}+b^{\frac{1}{2}}\right)}{a^{\frac{1}{2}}+b^{\frac{1}{2}}}=a^{\frac{1}{2}}-b^{\frac{1}{2}}=\sqrt{a}-\sqrt{b}. \quad\blacksquare \]Записваме числителя: \(1-a=1^2-\left(a^{\frac{1}{2}}\right)^2=\left(1-a^{\frac{1}{2}}\right)\!\left(1+a^{\frac{1}{2}}\right)\). Тогава:
\[ \frac{\left(1-a^{\frac{1}{2}}\right)\!\left(1+a^{\frac{1}{2}}\right)}{3\!\left(1+a^{\frac{1}{2}}\right)}=\frac{1-a^{\frac{1}{2}}}{3}=\frac{1-\sqrt{a}}{3}. \quad\blacksquare \]Първо опростяваме дробта. Изнасяме \(a^{\frac{1}{3}}\) от числителя:
\[ \frac{a^{\frac{1}{3}}\!\left(a^{\frac{2}{3}}+1\right)}{2a^{\frac{1}{3}}}=\frac{a^{\frac{2}{3}}+1}{2}. \]Заместваме \(a=\sqrt{2}=2^{\frac{1}{2}}\). Прилагаме правилото \((a^m)^n=a^{m\cdot n}\):
\[ a^{\frac{2}{3}}=\left(2^{\frac{1}{2}}\right)^{\frac{2}{3}}=2^{\frac{1}{2}\cdot\frac{2}{3}}=2^{\frac{1}{3}}=\sqrt[3]{2}. \]Следователно:
\[ \frac{\sqrt[3]{2}+1}{2}. \quad\blacksquare \]Числителят е разлика на кубове: \(a^{\frac{3}{2}}-8=\left(a^{\frac{1}{2}}\right)^3-2^3\). По формулата \(u^3-v^3=(u-v)(u^2+uv+v^2)\) с \(u=a^{\frac{1}{2}}\) и \(v=2\):
\[ a^{\frac{3}{2}}-8=\left(a^{\frac{1}{2}}-2\right)\!\left(a+2a^{\frac{1}{2}}+4\right). \]Знаменателят е точно вторият множител, следователно:
\[ \frac{a^{\frac{3}{2}}-8}{a+2a^{\frac{1}{2}}+4}=a^{\frac{1}{2}}-2=\sqrt{a}-2. \]При \(a=4\): \(\sqrt{4}-2=2-2=0\). \(\blacksquare\)
Пресмятаме всяко действие поотделно, като прилагаме свойствата на степените. При умножение на степени с равни основи събираме показателите, а при деление — ги изваждаме:
\[ 3^{\frac{4}{3}}\cdot3^{\frac{2}{3}}=3^{\frac{4}{3}+\frac{2}{3}}=3^{\frac{6}{3}}=3^2=9, \] \[ 3^{\frac{8}{3}}:3^{\frac{4}{3}}=3^{\frac{8}{3}-\frac{4}{3}}=3^{\frac{4}{3}}\quad\text{(правило: }a^r:a^s=a^{r-s}\text{)}. \]Заместваме обратно:
\[ 3^{\frac{4}{3}}-9-3^{\frac{4}{3}}=-9. \quad\blacksquare \]Опитайте да решите задачите самостоятелно. Където е възможно, е даден крайният отговор.
Отг.: \(ab^{\frac{1}{2}}-a^{\frac{2}{3}}b^{\frac{3}{4}}\).
Отг.: \(4-b^{\frac{1}{2}}\).
Отг.: \(9a-30a^{\frac{1}{2}}b^{\frac{1}{4}}+25b^{\frac{1}{2}}\).
Отг.: \(8a-12a^{\frac{2}{3}}+6a^{\frac{1}{3}}-1\).
Отг.: \(a^{\frac{1}{5}}-b^{\frac{1}{5}}\).
Отг.: \(a^{\frac{3}{2}}(a+1)\).
Отг.: \(\left(a^{\frac{1}{2}}-b^{\frac{1}{2}}\right)\!\left(a+a^{\frac{1}{2}}b^{\frac{1}{2}}+b\right)\).
Отг.: \(a^{\frac{2}{3}}b^{\frac{1}{4}}\!\left(a+b\right)\).
Отг.: \(a^{\frac{1}{2}}+b^{\frac{1}{2}}\).
Указание: изнесете \(2a^{\frac{1}{4}}\) от числителя и използвайте формулата за сума на кубове.
Отг.: \(2a^{\frac{1}{3}}b^{\frac{1}{3}}\).
Отг.: \(7{,}5\).
Отг.: \(\frac{1}{27}\).
Отг.: \(\frac{2}{3}\).
Отг.: \(10\).
Отг.: \(8\).
Отг.: \(a^{\frac{1}{12}}=\sqrt[12]{a}\).
Отг.: \(-6a^2b^4\sqrt[3]{c^2}\).
Отг.: \(2a\,b^2\,c\,\sqrt[4]{2a^2}\).
Отг.: \(5\frac{1}{16}\).
15 въпроса • 4 точки за верен отговор • максимум 60 точки
Запишете урок
Индивидуални и групови онлайн уроци по математика за цялата страна
- ›НВО по математика след 7 клас
- ›НВО по математика след 10 клас
- ›Кандидатстудентски изпити по математика
- ›Софийски университет „Св. Климент Охридски“
- ›УАСГ – Университет по архитектура, строителство и геодезия
- ›Технически университет – София и др.
- ›Прием в университети в чужбина (ISEE, SAT, A-Level и др.)
- ›Усвояване на текущия учебен материал (всички класове)
- ›Студенти по всички математически дисциплини:
Математически анализ, Линейна алгебра, Аналитична геометрия, Диференциални уравнения, Теория на вероятностите, Статистика и др.
Харесва ли ви съдържанието?
Ако този урок ви е бил полезен, можете да подкрепите създаването на нови безплатни материали.
Коментари
Публикуване на коментар