代数基础
幂的运算法则
🤔 什么是幂?
幂是同一个数自身重复相乘的简写形式。
an = a × a × a × ... × a
(n 次)
术语:
- a = 底数(被相乘的数)
- n = 指数(相乘的次数)
💡 例子:
25 = 2 × 2 × 2 × 2 × 2 = 32
底数是 2,指数是 5
📘 法则 1:同底数幂的乘法
an · ak = an+k
用语言描述:当相乘两个底数相同的幂时,得到一个底数相同、指数等于各指数之和的幂。
🤔 为什么成立?
a3 · a2 = (a·a·a) · (a·a) = a·a·a·a·a = a5
3 次 + 2 次 = 5 次!
✏️ 例子:
| 23 · 24 | = 23+4 = 27 = 128 |
| 52 · 53 · 5 | = 52+3+1 = 56 |
| x4 · x5 | = x9 |
| a · a3 | = a1 · a3 = a4 |
⚠️ 注意:该法则只在底数相同时成立!
23 · 34 ≠ 67(常见错误!)
📗 法则 2:同底数幂的除法
an ÷ ak = an-k
或:an/ak = an-k
用语言描述:当相除两个底数相同的幂(≠0)时,得到一个底数相同、指数等于各指数之差(分子减分母)的幂。
🤔 为什么成立?
a5 ÷ a2 = (a·a·a·a·a)/(a·a) = a·a·a = a3
5 次 − 2 次 = 3 次!
✏️ 例子:
| 27 ÷ 23 | = 27-3 = 24 = 16 |
| 108 ÷ 105 | = 108-5 = 103 = 1000 |
| x9 ÷ x4 | = x5 |
| y6/y2 | = y4 |
📌 提示:现阶段我们只考虑 n > k 的情况(分子的指数大于分母的指数)。
📙 法则 3:幂的乘方
(an)k = an·k
用语言描述:当对一个幂再求乘方时,得到一个底数相同、指数等于两个指数之积的幂。
🤔 为什么成立?
(a3)2 = a3 · a3 = a3+3 = a6 = a3·2
将 a3 自身相乘 2 次 → 3 × 2 = 6
✏️ 例子:
| (23)4 | = 23·4 = 212 |
| (52)3 | = 52·3 = 56 |
| (x4)5 | = x20 |
| ((a2)3)4 | = a2·3·4 = a24 |
⚠️ 不要混淆!
(an)k = an·k(指数相乘) ← 幂的乘方
an · ak = an+k(指数相加) ← 幂的乘法
📕 法则 4:积的乘方
(a · b)n = an · bn
用语言描述:当对一个积求乘方时,可以分别对每个因数求相同的乘方。
🤔 为什么成立?
(a·b)3 = (a·b)·(a·b)·(a·b) = (a·a·a)·(b·b·b) = a3·b3
✏️ 例子:
| (2 · 3)4 | = 24 · 34 = 16 · 81 = 1296 |
| (xy)5 | = x5 · y5 |
| (2x)3 | = 23 · x3 = 8x3 |
| (3ab)2 | = 32 · a2 · b2 = 9a2b2 |
💡 反方向也成立:
an · bn = (a · b)n
例子:25 · 55 = (2 · 5)5 = 105 = 100,000
📘 法则 5:商(分数)的乘方
(a/b)n = an/bn
用语言描述:当对一个分数求乘方时,对分子和分母都求相同的乘方。
🤔 为什么成立?
(a/b)3 = a/b · a/b · a/b = a·a·a/b·b·b = a3/b3
✏️ 例子:
| (2/3)4 | = 24/34 = 16/81 |
| (x/y)5 | = x5/y5 |
| (3/5)2 | = 9/25 |
| (a/2)3 | = a3/8 |
📊 汇总表格:5 个幂的运算法则
| # | 法则名称 | 公式 | 对指数做什么? |
|---|---|---|---|
| 1 | 幂的乘法 | an · ak = an+k | 相加 |
| 2 | 幂的除法 | an ÷ ak = an-k | 相减 |
| 3 | 幂的乘方 | (an)k = an·k | 相乘 |
| 4 | 积的乘方 | (a·b)n = an·bn | 分配 |
| 5 | 商的乘方 | (a/b)n = an/bn | 分配 |
💡 重要提示:底数不同时怎么办?
在某些情况下,我们想对幂进行运算,但底数并不相同。
在这些情况下,我们会尝试用相同的底数表示所有的幂。
✏️ 例子:化简 43 · 82
解答:
两个底数(4 和 8)都是 2 的幂!
4 = 22 8 = 23
43 · 82 = (22)3 · (23)2 = 26 · 26 = 212
✏️ 另一个例子:化简 272/93
解答:
27 = 33 9 = 32
272/93 = (33)2/(32)3 = 36/36 = 30 = 1
⚠️ 常见错误 — 请避免!
| ❌ 错误 | ✓ 正确 | 说明 |
|---|---|---|
| 23 · 34 = 67 | 无法化简 | 底数不同! |
| (a+b)2 = a2+b2 | (a+b)2 = a2+2ab+b2 | 法则 4 只适用于积! |
| a3 · a4 = a12 | a3 · a4 = a7 | 乘法 = 指数相加! |
| (a3)4 = a7 | (a3)4 = a12 | 幂的乘方 = 指数相乘! |
📝 总结:幂的运算法则
幂的乘法:指数相加(an·ak = an+k)
幂的除法:指数相减(an÷ak = an-k)
幂的乘方:指数相乘((an)k = an·k)
积/商的乘方:把乘方分配开
🔑 关键:所有法则只在底数相同时才成立!