Степен с рационален степенен показател — свойства
Степен с рационален степенен показател
свойства, формули, задачи
Определения, свойства и основни типове задачи върху степен с рационален показател
Степента с рационален показател обобщава степените с цял показател и корените. Благодарение на нея можем да записваме и преобразуваме по единен начин изрази, които съдържат корени от различен ред. Това прави пресмятанията по-удобни и позволява да прилагаме познатите свойства на степените и в по-широк кръг задачи. Темата е основна при изучаването на показателни и логаритмични функции.
- \(a^m\cdot a^n = a^{m+n}\)
- \(\dfrac{a^m}{a^n}=a^{m-n}\), при \(a\neq0\) и \(m\gt n\)
- \((a^m)^n=a^{m\cdot n}\)
- \((ab)^n=a^n\cdot b^n\)
- \(\left(\dfrac{a}{b}\right)^n=\dfrac{a^n}{b^n}\), при \(b\neq0\)
- \(a^{-n}=\dfrac{1}{a^n}\), при \(a\neq0\)
По определение \(a^0=1\) за всяко \(a\neq0\).
За степените с рационален показател остават в сила всички правила, познати от степените с цял показател. Нека \(a\gt0\), \(b\gt0\), и \(\frac{m}{n}\), \(\frac{p}{q}\) са рационални числа.
- ако \(a\gt1\), то \(a^{r_1}\lt a^{r_2}\), т.е. степенната функция е растяща;
- ако \(0\lt a\lt1\), то \(a^{r_1}\gt a^{r_2}\), т.е. степенната функция е намаляваща.
Кликнете върху задача, за да видите пълното решение.
Прилагаме определението \(a^{\frac{m}{n}}=\sqrt[n]{a^m}\), когато изразът е дефиниран:
\[ \text{а)}\ 27^{\frac{2}{3}}=\sqrt[3]{27^2}=\sqrt[3]{729}=9; \] \[ \text{б)}\ 49^{\frac{1}{2}}=\sqrt{49}=7; \] \[ \text{в)}\ c^{\frac{5}{4}}=\sqrt[4]{c^5}; \] \[ \text{г)}\ (p-q)^{\frac{3}{8}}=\sqrt[8]{(p-q)^3}. \quad\blacksquare \]Прилагаме обратната посока на определението \(\sqrt[n]{a^m}=a^{\frac{m}{n}}\), когато изразът е дефиниран:
\[ \text{а)}\ \sqrt[3]{2{,}5^2}=2{,}5^{\frac{2}{3}}; \] \[ \text{б)}\ \sqrt[4]{t^3}=t^{\frac{3}{4}}; \] \[ \text{в)}\ \sqrt[5]{7^{-1}}=7^{-\frac{1}{5}}; \] \[ \text{г)}\ \sqrt[6]{(s^2-t)^3}=(s^2-t)^{\frac{3}{6}}=(s^2-t)^{\frac{1}{2}}=\sqrt{s^2-t}. \quad\blacksquare \]Прилагаме свойствата за умножение, деление и степенуване на степени с равни основи:
\[ \text{а)}\ b^{-\frac{1}{3}}\cdot b^{\frac{1}{2}}=b^{-\frac{1}{3}+\frac{1}{2}}=b^{\frac{-2+3}{6}}=b^{\frac{1}{6}}; \] \[ \text{б)}\ b^{\frac{3}{4}}:b^{-\frac{1}{2}}=b^{\frac{3}{4}-\left(-\frac{1}{2}\right)}=b^{\frac{3}{4}+\frac{1}{2}}=b^{\frac{3}{4}+\frac{2}{4}}=b^{\frac{5}{4}}; \] \[ \text{в)}\ \left(c^{-\frac{2}{5}}\right)^{\frac{3}{4}}=c^{-\frac{2}{5}\cdot\frac{3}{4}}=c^{-\frac{6}{20}}=c^{-\frac{3}{10}}; \] \[ \text{г)}\ d^{0{,}7}\cdot d^{-3}\cdot d^{5{,}3}=d^{0{,}7+(-3)+5{,}3}=d^{3}. \quad\blacksquare \]а) Преобразуваме всяко число в удобен вид:
\[ 36^{0{,}5}=36^{\frac{1}{2}}=\sqrt{36}=6,\quad 8^{\frac{2}{3}}=\sqrt[3]{8^2}=\sqrt[3]{64}=4. \]Следователно:
\[ 36^{0{,}5}\cdot6^{-1}\cdot8^{\frac{2}{3}}=6\cdot\frac{1}{6}\cdot4=4. \]б) Прилагаме свойството за степен на частно:
\[ \left(\frac{27}{125}\right)^{\frac{1}{3}}=\frac{27^{\frac{1}{3}}}{125^{\frac{1}{3}}}=\frac{\sqrt[3]{27}}{\sqrt[3]{125}}=\frac{3}{5}. \quad\blacksquare \]а) Основата е \(a=1{,}5\gt1\), следователно степенната функция е растяща. Тъй като \(3\gt-1\), имаме \(1{,}5^{3}\gt1{,}5^{-1}\).
б) Основата е \(a=0{,}3\), като \(0\lt0{,}3\lt1\), следователно степенната функция е намаляваща. Тъй като \(\frac{1}{3}\gt\frac{1}{4}\), имаме \((0{,}3)^{\frac{1}{3}}\lt(0{,}3)^{\frac{1}{4}}\).
в) Основата е \(a=5\gt1\), следователно степенната функция е растяща. Тъй като \(-2\gt-3\), имаме \(5^{-2}\gt5^{-3}\). \(\blacksquare\)
Според използваното в урока училищно определение степента \(a^{\frac{m}{n}}\) е определена при \(a\geq0\). Ако показателят е отрицателен, допълнително трябва \(a\gt0\), защото деление на нула не е допустимо.
а) За \(x^{\frac{1}{2}}\): показателят е положителен, затова \(x\geq0\).
б) За \((x-3)^{\frac{1}{4}}\): показателят е положителен, затова \(x-3\geq0\), т.е. \(x\geq3\).
в) За \((x+1)^{-\frac{2}{3}}\): показателят е отрицателен, затова \(x+1\gt0\), т.е. \(x\gt-1\).
г) За \((x-5)^{-\frac{1}{8}}\): показателят е отрицателен, затова \(x-5\gt0\), т.е. \(x\gt5\). \(\blacksquare\)
а) Записваме \(81=3^4\). Тогава:
\[ (3^4)^k=3^1 \;\Longrightarrow\; 3^{4k}=3^1 \;\Longrightarrow\; 4k=1 \;\Longrightarrow\; k=\frac{1}{4}. \]б) Записваме \(\sqrt{\frac{1}{4}}=\left(\frac{1}{4}\right)^{\frac{1}{2}}=4^{-\frac{1}{2}}\). Тогава:
\[ \left(4^{-1}\right)^k=4^{-\frac{1}{2}} \;\Longrightarrow\; 4^{-k}=4^{-\frac{1}{2}} \;\Longrightarrow\; -k=-\frac{1}{2} \;\Longrightarrow\; k=\frac{1}{2}. \]в) Записваме \(\sqrt[3]{5}=5^{\frac{1}{3}}\) и \(25^{-1}=(5^2)^{-1}=5^{-2}\). Тогава:
\[ \left(5^{\frac{1}{3}}\right)^{k-2}=5^{-2} \;\Longrightarrow\; 5^{\frac{k-2}{3}}=5^{-2} \;\Longrightarrow\; \frac{k-2}{3}=-2 \;\Longrightarrow\; k-2=-6 \;\Longrightarrow\; k=-4. \quad\blacksquare \]а) Записваме всички множители като степени на \(a\) и събираме показателите:
\[ \frac{1}{a}\cdot a^{\frac{1}{2}}\cdot a^{\frac{1}{4}}=a^{-1}\cdot a^{\frac{1}{2}}\cdot a^{\frac{1}{4}}=a^{-1+\frac{1}{2}+\frac{1}{4}}. \]Привеждаме дробите към общ знаменател 4:
\[ -1+\frac{1}{2}+\frac{1}{4}=\frac{-4+2+1}{4}=-\frac{1}{4}. \]Следователно:
\[ a^{-\frac{1}{4}}=\frac{1}{a^{\frac{1}{4}}}=\frac{1}{\sqrt[4]{a}}. \]б) Първо опростяваме дробните показатели: \(-\frac{2}{6}=-\frac{1}{3}\). Събираме:
\[ b^{-\frac{1}{3}+\frac{8}{3}+\frac{5}{2}-2}. \]Привеждаме към общ знаменател 6:
\[ -\frac{1}{3}+\frac{8}{3}+\frac{5}{2}-2=\frac{-2+16+15-12}{6}=\frac{17}{6}. \]Следователно:
\[ b^{\frac{17}{6}}=\sqrt[6]{b^{17}}. \]Ако искаме резултатът да бъде записан в по-удобен вид, можем да отделим цялата част на показателя:
\[ b^{\frac{17}{6}}=b^2\cdot b^{\frac{5}{6}}=b^2\sqrt[6]{b^5}. \quad\blacksquare \]а) Прилагаме свойството за степен на частно, а след това определението:
\[ \left(\frac{4}{9}\right)^{\frac{3}{2}}=\frac{4^{\frac{3}{2}}}{9^{\frac{3}{2}}}. \]Пресмятаме отделно числителя и знаменателя. Тъй като \(4=2^2\) и \(9=3^2\):
\[ 4^{\frac{3}{2}}=(2^2)^{\frac{3}{2}}=2^3=8,\qquad 9^{\frac{3}{2}}=(3^2)^{\frac{3}{2}}=3^3=27. \]Следователно:
\[ \left(\frac{4}{9}\right)^{\frac{3}{2}}=\frac{8}{27}. \]б) Работим стъпка по стъпка отвътре навън. Пресмятаме скобата:
\[ 32\cdot 2^{-4}=2^5\cdot 2^{-4}=2^{5-4}=2^1=2, \] \[ \left(\frac{2}{5}\right)^{-1}=\frac{5}{2}. \]Тогава изразът в квадратната скоба е:
\[ 2-\frac{5}{2}=\frac{4-5}{2}=-\frac{1}{2}. \]Накрая:
\[ \left(-\frac{1}{2}\right)^{-3}=\frac{1}{\left(-\frac{1}{2}\right)^3}=\frac{1}{-\frac{1}{8}}=-8. \]в) Пресмятаме корените:
\[ \sqrt[3]{27}=3,\qquad \sqrt{16}=4. \]Тогава:
\[ (3-4):2^{-2}=(-1):\frac{1}{4}=(-1)\cdot 4=-4. \quad\blacksquare \]Целта е да покажем, че след опростяване всички степени, съдържащи \(x\), се съкращават. Записваме \(0{,}25=\frac{1}{4}\) и \(0{,}5=\frac{1}{2}\):
\[ \frac{9\cdot\left(\frac{1}{4}\right)^{3x-1}}{-\frac{1}{2}\cdot\left(\frac{1}{4}\right)^{3x-2}}. \]Разделяме степените с равни основи. При деление на степени с еднаква основа изваждаме показателите:
\[ \frac{\left(\frac{1}{4}\right)^{3x-1}}{\left(\frac{1}{4}\right)^{3x-2}}=\left(\frac{1}{4}\right)^{(3x-1)-(3x-2)}=\left(\frac{1}{4}\right)^{3x-1-3x+2}=\left(\frac{1}{4}\right)^1=\frac{1}{4}. \]Виждаме, че показателят вече не съдържа \(x\). Остава:
\[ \frac{9\cdot\frac{1}{4}}{-\frac{1}{2}}=\frac{\frac{9}{4}}{-\frac{1}{2}}=\frac{9}{4}\cdot(-2)=-\frac{9}{2}=-4{,}5. \]Стойността на израза е \(-4{,}5\) за всяко \(x\), т.е. не зависи от \(x\). \(\blacksquare\)
Приложете свойствата на степените с рационален показател. Опитайте да решите задачите самостоятелно, преди да проверите отговорите.
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