Число в первой и нулевой степени, как состовлять

Свойства степени с натуральным показателем.

Чтобы умножить степени с одинаковыми основаниями мы основания не меняем, а показатели степеней складываем:

х^m · хⁿ = х^{m + n}

например: 7^1.7 · 7 ^{– 0.9} = 7^{1.7+( – 0.9)} = 7^{1.7 – 0.9} = 7^0.8

Чтобы разделить степени с одинаковыми основаниями основание не меняем, а показатели степеней вычитаем:

х^m / хⁿ = х^{m — n} , где, m > n,

например: 13^3.8 / 13 ^-0.2 = 13^{(3.8 -0.2)} = 13^3.6

При расчетах возведения степени в степень основание не меняем, а показатели степеней умножаем друг на друга.

(у^m )ⁿ = у ^{m · n}

например: (2³)² = 2 ^3·2 = 2⁶

Если необходимо рассчитать возведение в степень произведения, то в эту степень возводится каждый множитель

(х · у)ⁿ = хⁿ · у ^m ,

например:(2·3)³ = 2ⁿ · 3 ^m ,

При выполнении расчетов по возведению в степень дроби мы в данную степень возводим числитель и знаменатель дроби

(х / у)ⁿ = хⁿ / уⁿ

например: (2 / 5)³ = (2 / 5) · (2 / 5) · (2 / 5) = 2³ / 5³.

Степень с натуральным показателем, квадрат числа, куб числа

Для начала дадим определение степени числа с натуральным показателем. Забегая вперед, скажем, что определение степени числа a с натуральным показателем n дается для действительного числа a, которое будем называть основанием степени, и натурального числа n, которое будем называть показателем степени. Также отметим, что степень с натуральным показателем определяется через произведение, так что для понимания нижеизложенного материала нужно иметь представление об умножении чисел.

Из данного определения понятно, что с помощью степени с натуральным показателем можно кратко записывать произведения нескольких одинаковых множителей. Например, 8·8·8·8 можно записать как степень 8⁴. Это аналогично тому, как с помощью произведения записывается сумма одинаковых слагаемых, к примеру, 8+8+8+8=8·4 (смотрите статью общее представление об умножении натуральных чисел).

Сразу стоит сказать о правилах чтения степеней. Универсальный способ чтения записи aⁿ таков: «a в степени n». В некоторых случаях также допустимы такие варианты: «a в n-ой степени» и «n-ая степень числа a». Для примера возьмем степень 8¹², это «восемь в степени двенадцать», или «восемь в двенадцатой степени», или «двенадцатая степень восьми».

Вторая степень числа, а также третья степень числа имеют свои названия. Вторую степень числа называют квадратом числа, например, 7² читается как «семь в квадрате» или «квадрат числа семь». Третья степень числа называется кубом числа, к примеру, 5³ можно прочитать как «пять в кубе» или сказать «куб числа 5».

Пришло время привести примеры степеней с натуральными показателями. Начнем со степени 5⁷, здесь 5 – основание степени, а 7 – показатель степени. Приведем еще пример: десятичная дробь 4,32 является основанием, а натуральное число 9 – показателем степени (4,32)⁹.

Обратите внимание, что в последнем примере основание степени 4,32 записано в скобках: чтобы избежать разночтений мы будем брать в скобки все основания степени, которые отличны от натуральных чисел. В качестве примера приведем следующие степени с натуральными показателями , их основания не являются натуральными числами, поэтому они записаны в скобках. Ну и для полной ясности в этом моменте покажем разницу, заключенную в записях вида (−2)³ и −2³. Выражение (−2)³ – это степень отрицательного числа −2 с натуральным показателем 3, а выражение −2³ (его можно записать как −(2³)) соответствует числу, противоположному значению степени 2³.

Заметим, что встречается обозначение степени числа a с показателем n вида a^n. При этом, если n – многозначное натуральное число, то показатель степени берется в скобки. Например, 4^9 – это другая запись степени 4⁹. А вот еще примеры записи степеней при помощи символа «^»: 14^(21), (−2,1)^(155). В дальнейшем мы преимущественно будем пользоваться обозначением степени вида aⁿ.

Данное выше определение позволяет находить значение степени с натуральным показателем. Для этого нужно вычислить произведение n одинаковых множителей, равных a. Эта тема заслуживает детального рассмотрения в отдельной статье – смотрите возведение в степень с натуральным показателем.

Одной из задач, обратной возведению в степень с натуральным показателем, является задача нахождения основания степени по известному значению степени и известному показателю. Эта задача приводит к понятию корня из числа.

Также стоит изучить свойства степени с натуральным показателем, которые вытекают из данного определения степени и свойств умножения.

Таблица степеней от 1 до 10

Возведение числа в нулевую степень

Известно, что при x⁰ любое x равно 1 (x⁰ = 1). Чтобы доказать это, нужно выяснить, откуда собственно взялся этот ноль? Для этого вспомним формулы сложения и вычитания степеней. Итак: 7³ = 7²⁺¹ = 7² × 7¹ = 7 × 7 × 7, ⇒ 7³ = 7^9-6 = 7⁹ ÷ 7⁶, ⇒ 7⁰ = 7^3-3 = 7³ ÷ 7³ = 1 Доказательство получено. Однако есть исключение из этого правила.

Первая степень числа

Любое число в первой степени равно самому себе, так как показатель степени 1 указывает что число берётся сомножителем всего один раз, то есть оно ни на что не умножается,а просто остаётся без изменений.

Примеры:

7¹ = 7, 100¹ = 100, -25¹ = -25

Отрицательный показатель степени

Показатели степени могут быть не только положительными, но и отрицательными.

Например,

а

Возведение в степень

Возведение числа в степень – это вычисление произведения одинаковых множителей. Например, возвести число 2 в третью степень (2³) – это значит найти произведение 2 · 2 · 2 , то есть

2³ = 2 · 2 · 2 = 8.

Результат возведения в степень называется степенью (также как и само выражение, значение которого вычисляется). В выражении:

2³ = 8,

2 – это основание степени, ³ – показатель степени, 8 – степень.

Последовательность выполнения расчетов при работе с выражениями содержащими степень.

При выполнении расчетов выражений без скобок, но содержащих степени, в первую очередь производят возведение в степень, потом действия умножение и деление, и лишь потом операции сложения и вычитания.

Если необходимо вычислить выражение содержащие скобки, то сначала в указанном выше порядке делаем вычисления в скобках, а потом оставшиеся действия в том же порядке слева направо.

Очень широко в практических вычислениях для упрощения расчетов используют готовые таблицы степеней.

Теория множеств

Вроде на этом можно остановиться, но есть еще одно элегантное доказательство. Дело в том, что математика, это не только цифры и числовые оси. Есть комбинаторика, теория функций, множество других разделов, где нужно значение 0 в степени 0.

Итак, есть три блогера смежной тематики: Я, Артур Шарифов и Топа. И есть две обалденные темы для ролика, например, искусственный интеллект и космос! Каждый записывает 1 ролик на 1 тему, повторяться, конечно, можно. Вопрос: сколькими вариантами они могут это сделать? Ну то есть все на одну тему, или двое одну, третий другую?

К чему эта задача? В теории множеств есть теорема, согласно которой множество с количеством элементов M можно отобразить на множество с количеством элементов N вот столькими вариантами N в степени M.

Здесь как раз множество блогеров (3 элемента) отображается на множество тем (2 элемента). В итоге получается 8 вариантов.

Если что, вот они все перед вами:

Дело в том, что бывают и пустые множества! И есть только один вариант отображения пустого множества на пустое. А это значит, что 0 в степени 0 и есть единица! Это чисто символическое доказательство, не такое серьезное. Но все равно, логично что, ноль блогеров может записать ноль роликов только одним способом.

Как возвести число в натуральную степень?

Чтобы понять, как возводить различные числа в натуральные степени, рассмотрим несколько примеров:

Пример 1. Возвести число три в четвёртую степень. То есть необходимо вычислить 3⁴
Решение: как было сказано выше, 34 = 3·3·3·3 = 81.
Ответ: 34 = 81.

Пример 2. Возвести число пять в пятую степень. То есть необходимо вычислить 5⁵
Решение: аналогично, 55 = 5·5·5·5·5 = 3125.
Ответ: 55 = 3125.

Таким образом, чтобы возвести число в натуральную степень, достаточно всего лишь умножить его само на себя n раз.

Как возвести число в целую отрицательную степень?

Чтобы возвести отличное от нуля число в отрицательную степень, нужно вычислить значение этого числа в той же положительной степени и разделить единицу на полученный результат.

Пример 1. Возвести число два в минус четвёртую степень. То есть необходимо вычислить 2^-4

Решение: как было сказано выше, 2-4 =

= 0.0625.

Ответ: 2-4 = 0.0625.

Теория

Степень числа – это сокращенная запись операции многократного умножения числа самого на себя. Само число в данном случае называется – основанием степени, а количество операций умножения – показателем степени.

aⁿ = a×a … ×a

запись читается: «a» в степени «n».

«a» – основание степени

«n» – показатель степени

Пример:

46 = 4 × 4 × 4 × 4 × 4 × 4 = 4096

Данное выражение читается: 4 в степени 6 или шестая степень числа четыре или возвести число четыре в шестую степень.

Как возвести число в степень.

Давайте рассмотрим процесс возведения в степень на примере. Пусть нам необходимо возвести число 5 в 3-ю степень. На языке математики 5 — это основание, а 3 — показатель (или просто степень). И записать это можно кратко в таком виде:

Возведение в степень

А чтобы найти значение, нам будет необходимо число 5 умножить на себя 3 раза, т. е.

5³ = 5 x 5 x 5 = 125

Соответственно, если мы хотим найти значение числа 7 в 5 степени, мы должны число 7 умножить на себя 5 раз, т. е. 7 x 7 x 7 x 7 x 7. Другое дело когда требуется возвести число в отрицательную степень.

Парадокс нуля

Здесь все гораздо сложнее, но не настолько, чтобы не разобраться. Известно, что 0^x = 0. Например: 0⁴ = 0 × 0 × 0 × 0 = 0 Почему же мы часто встречаем выражение 0⁰ = 1? На самом деле это не совсем верно. Возьмем функцию y = ƒ (x) = x^x. Подберем значения по табл.1.

Таблица 1. Функция ƒ(x) = x^x

Как видим, с определенного момента значение x^x растет вместе с уменьшением x. В этом нет ничего сверхъестественного, это всего лишь пример действия формулы

Изобразим это на графике

Проверим, вычислив это значение. Преобразуем основание выражения. Получаем:

x^x = (e^{ln x})^x = e^{x ln x}

В этом случае x → 0, а ln x → -∞ Получаем следующее выражение:

Пользуемся правилом Лопиталя:

Получаем:

Доказательство получено. Официальная позиция современной математики гласит, что выражение 0⁰– представляет собой неопределенность, то есть не имеет точного значения. Однако на практике, при расчетах, его значение подстраивается под конкретные требования. И чаще всего в этих случаях оно равно единице. Чтобы лучше разобраться с темой нулевой степени, советуем посмотреть видео ниже.

Как пользоваться таблицей степеней числа два?

Как пользоваться калькулятором степеней

Калькулятор помогает возводить число в степень онлайн. Основанием степени могут быть любые целые числа и десятичные дроби. Показатель степени тоже может быть любой десятичной дробью, однако следует помнить о том, что для отрицательных чисел не определена операция возведения в нецелую степень.

При записи дробных чисел можно использовать как точку, так и запятую. В ответе большие числа записываются в так называемом «научном формате», то есть число выглядит как <число>e<количество нулей>. Например, , а , а

Возведение в степень отрицательного числа

Основание степени (число, которое возводят в степень) может быть любым числом — положительным, отрицательным или нулём.

Запомните!

При возведении в степень положительного числа получается положительное число.

При возведении нуля в натуральную степень получается ноль.

При возведении в степень отрицательного числа в результате может получиться как положительное число, так и отрицательное число. Это зависит от того чётным или нечётным числом был показатель степени.

Рассмотрим примеры возведения в степень отрицательных чисел.

Из рассмотренных примеров видно, что если отрицательное число возводится в нечётную степень, то получается отрицательное число. Так как произведение нечётного количество отрицательных сомножителей отрицательно.

Если же отрицательное число возводится в чётную степень, то получается положительное число. Так как произведение чётного количество отрицательных сомножителей положительно.

Запомните!

Отрицательное число, возведённое в чётную степень, есть число положительное.

Отрицательное число, возведённое в нечётную степень, — число отрицательное.

Квадрат любого числа есть положительное число или нуль, то есть:
a² ≥ 0 при любом a.

• 2 · (−3)² = 2 · (−3) · (−3) = 2 · 9 = 18
• −5 · (−2)³ = −5 · (−8) = 40

Степень с целым показателем

После того как мы определили степень числа a с натуральным показателем, возникает логичное стремление расширить понятие степени и перейти к степени числа, показателем которой будет любое целое число, в том числе и отрицательное и нуль. Это следует делать так, чтобы оставались справедливыми все свойства степени с натуральным показателем, так как натуральные числа являются частью целых чисел.

Степень числа a с целым положительным показателем есть не что иное как степень числа a с натуральным показателем: , где n – целое положительное число.

Теперь определим нулевую степень числа a. Будем исходить из свойства частного степеней с одинаковыми основаниями: для натуральных чисел m и n, m<n и отличного от нуля действительного числа a выполняется равенство a^m:aⁿ=a^m−n (условие a≠0 необходимо, так как в противном случае мы бы имели деление на нуль). При m=n записанное равенство нас приводит к следующему результату aⁿ:aⁿ=aⁿ⁻ⁿ=a⁰. Но с другой стороны aⁿ:aⁿ=1 как частное равных чисел aⁿ и aⁿ. Следовательно, приходится принять a⁰=1 для любого отличного от нуля действительного числа a.

А как же быть с нулем в нулевой степени? Подход, примененный в предыдущем абзаце, не подходит для этого случая. Можно вспомнить про свойство произведения степеней с одинаковыми основаниями a^m·aⁿ=a^m+n, в частности при n=0 имеем a^m·a⁰=a^m (из этого равенства тоже видно, что a⁰=1). Однако, при a=0 мы получим равенство 0^m·0⁰=0^m, которое можно переписать как 0=0, оно верно при любом натуральном m вне зависимости от того, чему равно значение выражения 0⁰. Иными словами, 0⁰ может быть равно любому числу. Чтобы избежать этой многозначности, не будем приписывать нулю в степени нуль никакого смысла (по этим же соображениям при изучении деления мы не стали придавать смысл выражению 0:0).

Несложно проверить, что принятое нами равенство a⁰=1 для отличных от нуля чисел a согласуется со свойством степени в степени (a^m)ⁿ=a^m·n. Действительно, при n=0 имеем (a^m)⁰=1 и a^m·0=a⁰=1, а при m=0 имеем (a⁰)ⁿ=1ⁿ=1 и a^0·n=a⁰=1.

Так мы пришли к определению степени с нулевым показателем. Степень числа a с нулевым показателем (a отличное от нуля действительное число) равна единице, то есть, a⁰=1 при a≠0.

Приведем примеры: 5⁰=1, (33,3)⁰=1, , а 0⁰ – не определено.

Нулевую степень числа a определили, осталось определить целую отрицательную степень числа a. В этом нам поможет все то же свойство произведения степеней с одинаковыми основаниями a^m·aⁿ=a^m+n. Примем m=−n, что требует условия a≠0, тогда a⁻ⁿ·aⁿ=a⁻ⁿ⁺ⁿ=a⁰=1, откуда заключаем, что aⁿ и a⁻ⁿ – взаимно обратные числа. Таким образом, логично определить число a в целой отрицательной степени −n как дробь . Несложно проверить, что при таком задании степени отличного от нуля числа a с целым отрицательным показателем остаются справедливыми все свойства степени с натуральным показателем (смотрите свойства степени с целым показателем), к чему мы и стремились.

Озвучим определение степени с целым отрицательным показателем. Степень числа a с целым отрицательным показателем −n (a отличное от нуля действительное число) – это есть дробь , то есть, при a≠0 и натуральном n.

Рассмотрим данное определение степени с целым отрицательным показателем на конкретных примерах: .

Подытожим информацию этого пункта.

Порядок действий в примерах со степенями

Вычисление значения называется действием возведения в степень. Это действие третьей ступени.

Запомните!

В выражениях со степенями, не содержащими скобки, сначала выполняют вовзведение в степень, затем умножение и деление, а в конце сложение и вычитание.

Если в выражении есть скобки, то сначала в указанном выше порядке выполняют действия в скобках, а потом оставшиеся действия в том же порядке слева направо.

Пример. Вычислить:

Вывод

Если мы находимся в рамках алгебры, простых арифметических вычислений, теории множеств, комбинаторики, находим суммы рядов, то без проблем можем считать это равным единице, и это во многих случаях будет даже упрощать наши вычисления.

Но в общем случае, особенно в рамках математического анализа, при вычислении пределов, говорят, что значение 0 в степени 0 – не определено. Его не существует, вот и все. И вообще, это только одна из многих неопределенностей, возникающих в матане, которая разрешается по-своему в каждом конкретном случае.

Так что чему равняется 0 в степени 0 зависит от контекста. Во многих случаях можно считать это единицей, но нужно помнить, что не во всех! И в разных языках программирования, разных калькуляторах тоже может быть по-разному. Где-то один, где-то не определено. В любом случае, практического применения у этого выражения нет, поэтому математики особо от него не страдают, хоть и иногда спорят, считать 0 в степени 0 равным единице, или нет. Но это не мешает быть ему таким интересным.