Ilustracja do zestawu: Potęgi o wykładniku całkowitym i wymiernym

Matematyka

Potęgi o wykładniku całkowitym i wymiernym

Zestaw porządkuje pojęcie potęgi z wykładnikiem całkowitym i wymiernym oraz najważniejsze prawa działań. Nauczysz się przekształcać wyrażenia, rozumieć związek potęg z pierwiastkami i unikać typowych błędów rachunkowych zadań maturalnych.

Szkoła średniauczy się 1 osoba14 fiszek24 pytań w 3 etapachnotatka

Podcast

Ładuję…

Quizy w tym zestawie

24 pytań w 3 etapach

Odblokujesz je po dodaniu zestawu.

  1. Etap 1

    5 fiszek · 8 pytań

  2. Etap 2

    5 fiszek · 8 pytań

  3. Etap 3

    4 fiszki · 8 pytań

  4. Powtórka z całości

    15 pytań ze wszystkich etapów, po ukończeniu etapów

Karty pracy

Ćwiczenia do wydruku na ten temat

Liczby rzeczywiste - potęgi, pierwiastki i przedziały - sprawdzianSzkoła średnia, klasa 1

Otwórz kartę pracy

Liczby rzeczywiste - potęgi, pierwiastki i przedziałySzkoła średnia, klasa 1

Otwórz kartę pracy

1.Potęga o wykładniku naturalnym

Dla liczby aa i liczby naturalnej nn potęga ana^n oznacza iloczyn nn jednakowych czynników równych aa. Na przykład a4=a⋅a⋅a⋅aa^4=a\cdot a\cdot a\cdot a.

2.Potęga o wykładniku całkowitym ujemnym

Dla a≠0a\neq 0 i liczby naturalnej nn zachodzi a−n=1ana^{-n}=\frac{1}{a^n}. Ujemny wykładnik nie oznacza liczby ujemnej, tylko odwrotność odpowiedniej potęgi dodatniej.

3.Potęga o wykładniku zerowym

Dla każdej liczby a≠0a\neq 0 zachodzi a0=1a^0=1. Wyrażenia 000^0 w szkole nie określa się - nie ma ono ustalonej wartości.

4.Potęga o wykładniku wymiernym

Dla a>0a>0, m∈Zm\in \mathbb{Z} i n∈Nn\in \mathbb{N}, n≥2n\geq 2, definiujemy amn=amn=(an)ma^{\frac{m}{n}}=\sqrt[n]{a^m}=(\sqrt[n]{a})^m. To łączy potęgowanie z pierwiastkowaniem.

5.Pierwiastek a potęga

Dla odpowiednich liczb zachodzi an=a1n\sqrt[n]{a}=a^{\frac{1}{n}}. Dzięki temu pierwiastki można zapisywać jako potęgi o wykładniku wymiernym.

6.Iloczyn potęg o tej samej podstawie

Jeśli aa jest liczbą rzeczywistą i działania są określone, to am⋅an=am+na^m\cdot a^n=a^{m+n}. Dodajemy wykładniki, bo mnożymy tę samą podstawę.

7.Iloraz potęg o tej samej podstawie

Dla a≠0a\neq 0 zachodzi aman=am−n\frac{a^m}{a^n}=a^{m-n}. Przy dzieleniu potęg o tej samej podstawie odejmujemy wykładniki.

8.Potęga potęgi

Dla odpowiednich liczb (am)n=amn(a^m)^n=a^{mn}. Gdy potęgujemy potęgę, mnożymy wykładniki.

9.Potęga iloczynu

Dla liczb a,ba,b i odpowiedniego wykładnika (ab)n=anbn(ab)^n=a^n b^n. Tę własność stosuje się zarówno dla wykładników całkowitych, jak i w typowych przypadkach wymiernych przy dodatnich podstawach.

10.Potęga ilorazu

Dla b≠0b\neq 0 i odpowiedniego wykładnika (ab)n=anbn\left(\frac{a}{b}\right)^n=\frac{a^n}{b^n}. Potęgujemy licznik i mianownik osobno.

11.Monotoniczność potęgi dla a>1a>1

Jeśli a>1a>1, to wraz ze wzrostem wykładnika wartość potęgi axa^x rośnie. Na przykład 23<252^3<2^5, bo większy wykładnik daje większą wartość.

12.Monotoniczność dla 0<a<10<a<1

Jeśli 0<a<10<a<1, to wraz ze wzrostem wykładnika wartość potęgi maleje. Na przykład (12)5<(12)3\left(\frac{1}{2}\right)^5<\left(\frac{1}{2}\right)^3.

13.Dziedzina potęgi o wykładniku wymiernym

Dla wykładników wymiernych w szkolnych zadaniach zwykle przyjmujemy a>0a>0, aby wyrażenie amna^{\frac{m}{n}} było jednoznacznie określone. Pierwiastek nieparzystego stopnia z liczby ujemnej istnieje (np. −83=−2\sqrt[3]{-8}=-2), ale potęgi o wykładniku wymiernym z ujemną podstawą w szkole nie zapisujemy.

14.Typowy błąd: dodawanie potęg

Zwykle nie wolno upraszczać am+ana^m+a^n do am+na^{m+n}. Własność dodawania wykładników dotyczy mnożenia, czyli am⋅ana^m\cdot a^n, a nie sumy.

Notatka

Co oznacza potęgowanie

Potęgowanie to skrócony zapis wielokrotnego mnożenia tej samej liczby. Dla liczby aa i dodatniej liczby całkowitej nn wyrażenie ana^n oznacza iloczyn nn czynników równych aa. Liczbę aa nazywamy podstawą potęgi, a liczbę nn wykładnikiem.

W liceum pracuje się nie tylko z wykładnikami naturalnymi, ale także z całkowitymi i wymiernymi. Trzeba więc rozumieć, jak interpretować wykładnik równy 00, liczbę ujemną oraz ułamek. To właśnie pozwala przekształcać trudniejsze wyrażenia algebraiczne i porównywać wartości potęg.

Potęgi o wykładniku całkowitym

Dla każdej liczby a≠0a\neq 0 zachodzi a0=1a^0=1. Jest to bardzo ważna własność, często używana przy upraszczaniu wyrażeń. Należy pamiętać, że dotyczy ona niezerowej podstawy.

Jeśli wykładnik jest ujemny, korzystamy z definicji a−n=1ana^{-n}=\frac{1}{a^n} dla a≠0a\neq 0. Oznacza to, że znak minus w wykładniku nie zmienia znaku liczby, tylko tworzy odwrotność. Na przykład 2−3=182^{-3}=\frac{1}{8}, a nie −8-8.

Potęgi o wykładnikach całkowitych występują zarówno przy liczbach dodatnich, jak i ujemnych. Trzeba jednak uważać na nawiasy. Wyrażenie (−2)4(-2)^4 jest równe 1616, ale −24-2^4 oznacza −(24)-(2^4), czyli −16-16.

Prawa działań na potęgach

Najważniejsze wzory obowiązujące dla odpowiednich liczb to:

  • am⋅an=am+na^m\cdot a^n=a^{m+n}
  • aman=am−n\frac{a^m}{a^n}=a^{m-n} dla a≠0a\neq 0
  • (am)n=amn(a^m)^n=a^{mn}
  • (ab)n=anbn(ab)^n=a^n b^n
  • (ab)n=anbn\left(\frac{a}{b}\right)^n=\frac{a^n}{b^n} dla b≠0b\neq 0

Te własności dotyczą mnożenia, dzielenia i potęgowania potęg. Nie wolno ich stosować do dodawania i odejmowania. Na przykład a2+a3a^2+a^3 nie jest równe a5a^5.

W zadaniach warto najpierw rozpoznać typ działania. Jeśli widzisz tę samą podstawę i mnożenie, dodajesz wykładniki. Jeśli tę samą podstawę i dzielenie, odejmujesz wykładniki. Jeśli potęga stoi na potędze, mnożysz wykładniki.

Wykładnik wymierny i związek z pierwiastkiem

Potęga o wykładniku wymiernym łączy potęgowanie z pierwiastkowaniem. Dla dodatniej podstawy aa oraz liczb m∈Zm\in \mathbb{Z} i n∈Nn\in \mathbb{N}, n≥2n\geq 2, przyjmujemy:

  • amn=amna^{\frac{m}{n}}=\sqrt[n]{a^m}
  • a1n=ana^{\frac{1}{n}}=\sqrt[n]{a}

Przykładowo:

  • 823=(83)2=48^{\frac{2}{3}}=(\sqrt[3]{8})^2=4
  • 1634=(164)3=816^{\frac{3}{4}}=(\sqrt[4]{16})^3=8
  • a32=a3=(a)3a^{\frac{3}{2}}=\sqrt{a^3}=(\sqrt{a})^3

W szkolnych zadaniach najbezpieczniej zakładać, że przy potęgach o wykładniku wymiernym podstawa jest dodatnia. Dzięki temu zapis jest jednoznaczny i nie prowadzi do problemów z istnieniem pierwiastka parzystego stopnia.

Porównywanie potęg i monotoniczność

Bardzo ważna jest zależność między wartością podstawy a zachowaniem potęgi.

Jeśli a>1a>1, to większy wykładnik daje większą wartość potęgi. Dlatego 26>242^6>2^4.

Jeśli 0<a<10<a<1, sytuacja jest odwrotna: większy wykładnik daje mniejszą wartość. Stąd (12)5<(12)3\left(\frac{1}{2}\right)^5<\left(\frac{1}{2}\right)^3.

Ta własność pomaga porównywać liczby bez pełnego obliczania. Jest też przydatna przy rozwiązywaniu prostych zadań maturalnych, w których trzeba ustalić kolejność liczb zapisanych w postaci potęg.

Typowe błędy i wskazówki maturalne

Najczęstsze błędy wynikają z mechanicznego stosowania wzorów bez sprawdzenia rodzaju działania.

  • Nie wolno zamieniać am+ana^m+a^n na am+na^{m+n}.
  • Ujemny wykładnik nie oznacza liczby ujemnej, tylko odwrotność.
  • Trzeba uważać na nawiasy przy ujemnej podstawie, na przykład (−3)2≠−32(-3)^2\neq -3^2.
  • W potęgach o wykładniku wymiernym należy sprawdzać, czy wyrażenie ma sens w zbiorze liczb rzeczywistych.

Dobra strategia w zadaniach to:

  • rozdzielić działanie na małe kroki,
  • zapisywać wykładniki jako sumy, różnice lub iloczyny zgodnie z prawami działań,
  • w razie potrzeby przejść od potęgi wymiernej do pierwiastka,
  • na końcu sprawdzić, czy nie złamano warunku typu a≠0a\neq 0 lub a>0a>0.

Sprawdzian do druku

Arkusz PDF z kluczem, punktacją i oceną

Sprawdzam sprawdzian…

Znasz kogoś z klasy, komu się przyda? Podziel się zestawem

WhatsApp

Podobne zestawy

Zobacz wszystkie fiszki z matematyki