Корни и степени. Квадратный корень, кубический корень.
Степенью называется выражение вида .
Здесь — основание степени, — показатель степени.
Степень с натуральным показателем
Проще всего определяется степень с натуральным (то есть целым положительным) показателем.
По определению, .
Выражения «возвести в квадрат» и «возвести в куб» нам давно знакомы.
Возвести число в квадрат — значит умножить его само на себя.
.
Возвести число в куб — значит умножить его само на себя три раза.
.
Возвести число в натуральную степень — значит умножить его само на себя раз:
Степень с целым показателем
Показатель степени может быть не только натуральным (то есть целым положительным), но и равным нулю, а также целым отрицательным.
По определению,
.
Это верно для . Выражение 00 не определено.
Определим также, что такое степень с целым отрицательным показателем.
Конечно, все это верно для , поскольку на ноль делить нельзя.
Например,
Заметим, что при возведении в минус первую степень дробь переворачивается.
Показатель степени может быть не только целым, но и дробным, то есть рациональным числом. В статье «Числовые множества» мы говорили, что такое рациональные числа. Это числа, которые можно записать в виде дроби , где — целое, — натуральное.
Здесь нам понадобится новое понятие — корень -степени. Корни и степени — две взаимосвязанные темы. Начнем с уже знакомого вам арифметического квадратного корня.
Арифметический квадратный корень из числа — это такое неотрицательное число, квадрат которого равен .
Согласно определению,
В школьной математике мы извлекаем корень только из неотрицательных чисел. Выражение для нас сейчас имеет смысл только при .
Выражение всегда неотрицательно, т.е. . Например, .
Свойства арифметического квадратного корня:
Кубический корень
Аналогично, кубический корень из — это такое число, которое при возведении в третью степень дает число .
Например, , так как ;
, так как ;
, так как .
Обратите внимание, что корень третьей степени можно извлекать как из положительных, так и из отрицательных чисел.
Теперь мы можем дать определение корня -ной степени для любого целого .
Корень -ной степени
Корень -ной степени из числа — это такое число, при возведении которого в -ную степень получается число .
Например,
Заметим, что корень третьей, пятой, девятой — словом, любой нечетной степени, — можно извлекать как из положительных, так и из отрицательных чисел.
Квадратный корень, а также корень четвертой, десятой, в общем, любой четной степени можно извлекать только из неотрицательных чисел.
Итак, — такое число, что . Оказывается, корни можно записывать в виде степеней с рациональным показателем. Это удобно.
По определению,
в общем случае .
Сразу договоримся, что основание степени больше 0.
Например,
Выражение по определению равно .
При этом также выполняется условие, что больше 0.
Например,
Запомним правила действий со степенями:
— при перемножении степеней показатели складываются
— при делении степени на степень показатели вычитаются
— при возведении степени в степень показатели перемножаются
Ты нашел то, что искал? Поделись с друзьями!
Покажем, как применяются эти формулы в заданиях ЕГЭ по математике:
1.
Внесли все под общий корень, разложили на множители, сократили дробь и извлекли корень.
2.
3.
Здесь мы записали корни в виде степеней и использовали формулы действий со степенями.
Корень n-ной степени из действительного числа /qualihelpy
Если показатель корня четное число, то подкоренное выражение не может быть отрицательным числом, так как четная степень и положительного и отрицательного числа есть число положительное.
Если показатель корня нечетное число, то подкоренное выражение может быть положительным числом, отрицательным числом и числом .Свойства корней:
; (1.16) ; (1.17) ; (1.18); (1.19) . (1.20)
Внесение множителя под знак корня
Если показатель корня нечетное число, то для любого числа и натурального числа справедливо равенство: . (1.21)Если , то . Например, .Вынесение множителя из-под знака корня
Если показатель корня нечетное число, то справедливо равенство:
. (1.22)Если показатель корня четное число, то справедливо равенство:
. (1.23)Например: ; .Сравнение выражений, содержащих корни
1. Если , то . Например, .2. Если и , то . Например, .3. Если и , то . Например, .4. Чтобы сравнить числа и , необходимо представить их в виде корня одной и той же степени.Степень с действительным показателем
Степени с действительным показателем обладают всеми свойствами степеней с целым показателем. При этом следует помнить, что:
а) степень числа с натуральным показателем имеет смысл для любого основания, так как эта степень определяется с помощью операции умножения;
б) степень с целым отрицательным показателем имеет смысл для любого основания, кроме основания , так как эта степень определяется с помощью операций умножения и деления;в) степень с рациональным показателем определяется с помощью операции извлечения корня, которая всегда выполнима, если основание степени положительное число и не всегда выполнима, если основание степени отрицательное число;
г) степень с любым действительным показателем всегда определена, если ее основание – положительное число.
Среднее арифметическое и среднее геометрическое
Чтобы найти среднее арифметическое нескольких чисел необходимо сумму этих чисел разделить на их количество.
Например, среднее арифметическое чисел , и равно .Тема урока » Корень n-ой степени из действительного числа и его свойства»
Тема: Корень n-ой степени из действительного числа и его свойства
Цель урока: рассмотреть свойства корня n-ой степени из действительного числа
Задачи урока: решение примеров по данной теме
Ход урока:
I этап: Организационный момент, приветствие, проверка домашнего задания
II этап: Новая тема:
Корнем —ной степени, где
Неотрицательный корень -ной степени из неотрицательного числа называют арифметическим корнем -ной степени из числа . Например:
, . Если показатель корня четное число, то подкоренное выражение не может быть отрицательным числом, так как четная степень и положительного и отрицательного числа есть число положительное. Если показатель корня равен числу , то имеем корень второй степени или квадратный корень из неотрицательного числа , который принято обозначать илиСвойства корней:
; (1.16)
; (1.19) . (1.20)
При четном значении свойства 1.16 и 1.17 справедливы, если значения и неотрицательные, а свойство 1.18 справедливо, если к тому же . Свойства 1.19 и 1.20 справедливы при любых значениях и .
Например: ; ; ; ; .
Внесение множителя под знак корня
Если показатель корня нечетное число, то для любого числа и натурального числа справедливо равенство:
. (1.21) Если , то .
Например, .
Вынесение множителя из-под знака корня
Если показатель корня нечетное число, то справедливо равенство:
. (1.22)
Если показатель корня четное число, то справедливо равенство:
. (1.23)
Например: ; .
Сравнение выражений, содержащих корни
1. Если , то . Например, .
2. Если и , то . Например, .
3. Если и , то . Например, .
4. Чтобы сравнить числа и , необходимо представить их в виде корня одной и той же степени.
5. Чтобы сравнить числа и необходимо или извлечь корень -ой степени из или представить число в виде .
Степень с действительным показателем
Степени с действительным показателем обладают всеми свойствами степеней с целым показателем. При этом следует помнить, что:
а) степень числа с натуральным показателем имеет смысл для любого основания, так как эта степень определяется с помощью операции умножения;
б) степень с целым отрицательным показателем имеет смысл для любого основания, кроме основания , так как эта степень определяется с помощью операций умножения и деления;
в) степень с рациональным показателем определяется с помощью операции извлечения корня, которая всегда выполнима, если основание степени положительное число и не всегда выполнима, если основание степени отрицательное число;
г) степень с любым действительным показателем всегда определена, если ее основание – положительное число.
Среднее арифметическое и среднее геометрическое
Чтобы найти среднее арифметическое нескольких чисел необходимо сумму этих чисел разделить на их количество.
Например, среднее арифметическое чисел , и равно .
Чтобы найти среднее геометрическое двух положительных чисел, необходимо извлечь корень второй степени из произведения этих чисел. Чтобы найти среднее геометрическое положительных чисел, необходимо извлечь корень степени из произведения этих чисел. Например, среднее геометрическое чисел , , и равно .
III этап: подведение итогов
IV этап: домашнее задание ?
Понятие корня n — степени из действительного числа
Вопросы занятия:
· ввести понятие корня n-ой степени из неотрицательного числа a;
· ввести понятие корня нечётной степени n-ой степени из отрицательного числа a.
Материал урока
Давайте решим уравнение:
x4 = 1
Решим его алгебраическим способом. Перенесём все слагаемые в левую часть, применим формулу разности квадратов и получим, что исходное уравнение разбивается на два уравнения:
x2 – 1 = 0 или x2 + 1 = 0
Легко увидеть, что второе уравнение не имеет решений, в первом уравнении применим формулу разности квадратов и получим, что корнями данного уравнения являются числа:
x1 = -1
x2 = 1
Решим это же уравнение графически. Изобразим на одной координатной плоскости графики функций y = x4 и y = 1.
Графики этих функций пересекаются в двух точках:
Давайте с помощью этого же графика попробуем решить уравнение x4 = 16.
Легко увидеть, что решениями данного уравнения будут числа 2 и -2.
А теперь давайте попробуем решить уравнение x4 = 7.
Мы видим, что у данного уравнения будет два корня, одинаковых по модулю, но противоположных по знаку.
Таких, что при возведении в 4 степень получится число 7. Но как же их найти? Точных значений с помощью графика получить практически невозможно. Мы можем только сказать, что эти значения будут находится, в (1; 2) и (-2; -1).
Как бы мы не уменьшали масштаб и не уточняли график функции, точного значения этих корней мы не получим. На множестве целых чисел таких чисел нет, их нет и на множестве рациональных чисел. Эти числа будут представлять собой бесконечные непериодические дроби. Из курса алгебры базовой школы, мы знаем, что такие числа называются иррациональными.
То есть решениями данного уравнения являются два иррациональных числа. Для таких случаев учёными был введён в рассмотрение символ
С помощью этого символа корни уравнения x4 = 7 можно записать так:
Теперь давайте решим уравнение x3 = 5. Решать это уравнение мы будем графически. Изобразим в одной координатной плоскости графики функций: y = x3 и y = 5.
По графику видно, что решением будет одно число:
С помощью введённого понятия, можно записать, что корень данного уравнения равен:
Обобщая выше рассмотренные примеры, можно сказать, что:
Обратите внимание, что у нас слово корень применяется к нескольким понятиям: как корень уравнения и как корень n-ой степени из числа.
Теперь давайте дадим чёткое определение корня n-ой степени из числа а.
Определение:
Корнем n-ой степени из неотрицательного числа a называют такое неотрицательное число, при возведении которого в степень n получается число а.
Это число обозначают
Число а – это подкоренное число, а число n – это показатель корня.
Для некоторых корней энной степени введены специальные названия. Так корень второй степени называют просто квадратный корень и пишут так:
Этот частный случай вы изучали в восьмом классе.
Если n = 3, то вместо корень третьей степени говорят кубический корень. С кубическим корнем, вы тоже уже знакомы.
Операцию нахождения корня из неотрицательного числа называют извлечением корня. Эта операция является обратной по отношению к возведению в соответствующую степень.
Обратите внимание, что в таблице мы рассматриваем только положительные числа, как это и сформулировано в определении.
Выражение:
называют радикалом (от латинского слова радикс, что означает «корень»).
Рассмотрим несколько примеров.
Пример.
Операцию извлечения корня можно определить и для отрицательного подкоренного числа, но только в случае нечётного показателя корня. Другими словами:
При этом используется следующее определение.
Определение:
Корнем нечётной степени n-ой из отрицательного числа а называют такое отрицательное число, при возведении которого в степень n получается а.
Это число также обозначают:
Число а – это подкоренное число, число n – показатель корня.
Обобщая все определения, можно сказать, что корень чётной степени имеет смысл только для неотрицательного подкоренного числа; корень нечётной степени имеет смысл для любого подкоренного числа.
Рассмотрим несколько примеров.
Пример.
Пример.
Пример.
Пример.
Давайте ещё раз повторим понятия и определения, с которыми мы познакомились на этом уроке.
Корнем n-ой степени из неотрицательного числа a называют такое неотрицательное число, при возведении которого в степень n получается число а.
Корнем нечётной степени n-ой из отрицательного числа а называют такое отрицательное число, при возведении которого в степень n получается а.
Обозначают:
Число а – это подкоренное число, число n – показатель корня.
1.2. Корень n-й степени
1.2. Корень n-й степени
В 8-м классе изучались квадратные корни из действительных чисел (их называют также корнями 2-й степени).
Перейдем к изучению корней степени n для произвольного натурального числа n≥2.
Определение. Пусть n≥2 и n∈N. Корнем n-й степени из числа a называется такое число t, n-я степень которого равна a .
Таким образом, утверждение «t — корень n-й степени из a» означает, что tn=a.
Корень 3-й степени называется также кубическим.
Например, кубический корень из числа 125 — это число 5, так как 53=125. Кубический корень из числа −125 — это число −5, так как (−5)3=−125.
Корень 7-й степени из числа 128 — это число 2, так как 27=128. Корень 7-й степени из числа −128 — это число −2, так как (−2)7=−128. Корень 7-й степени из числа 0 — это 0, так как 07=0.
Во множестве действительных чисел существует единственный корень нечетной степени n из любого числа a. Этот корень обозначается
Например, 1253=5,−1287=−2,07=0.
Стр. 11Утверждение о существовании корня нечетной степени из любого числа мы принимаем без доказательства.
Согласно определению, когда n нечетное, то при любом значении а верно равенство
Например, ⎛⎝927⎞⎠7=92,⎛⎝1237⎞⎠7=123,⎛⎝−1237⎞⎠7=−123.
Заметим, что 0 — это единственное число, n-я степень которого равна 0. Поэтому
при любом натуральном n≥2 существует единственный корень n-й степени из 0 — это число 0, т. е. 0n=0.
Примерами корней четной степени могут служить квадратные корни: −7 и 7 — квадратные корни из 49, а −15 и 15 — из 225. Рассмотрим еще несколько примеров. Корни 4-й степени из числа 81 — это числа 3 и −3, так как 34=81 и (−3)4=81. Корни 6-й степени из числа 64 — это числа 2 и −2, так как 26=64 и (−2)6=64.
Во множестве действительных чисел существует ровно два корня четной степени n из любого положительного числа а, их модули равны, а знаки противоположны. Положительный корень обозначается
Например, 814=3,646=2.
Утверждение о существовании корня четной степени из любого положительного числа мы принимаем без доказательства. Согласно определению, когда n четное, то при любом положительном значении а верно равенство
Например, ⎛⎝514⎞⎠4=51,⎛⎝874⎞⎠4=87.
Не существует такого числа, 4-я степень которого равна −81. Поэтому корня 4-й степени из числа −81 не существует. И вообще, поскольку не существует такого числа, четная степень которого была бы отрицательной, то
Стр. 12не существует корня четной степени из отрицательного числа.
Определение. Неотрицательный корень n-й степени из числа a называется арифметическим корнем n-й степени из a .
При четном n символом an обозначается только арифметический корень n-й степени из числа a (при чтении записи an слово «арифметический» обычно пропускают).
Выражение, стоящее под знаком корня, называется подкоренным выражением.
Извлечь корень n-й степени из числа a — это значит найти значение выражения an.
Так как корня четной степени из отрицательного числа не существует, то выражение an при четном n и отрицательном а не имеет смысла.
Например, не имеют смысла выражения −814 и −646.
Как мы установили, при любом значении а, при котором выражение an имеет смысл, верно равенство
Поэтому равенство (1) является тождеством.
В конце XV в. бакалавр Парижского университета Н. Шюке внес усовершенствования в алгебраическую символику. В частности, знаком корня служил символ Rx (от латинского слова radix — корень). Так, выражение 24+374 в символике Шюке имело вид R¯x424p¯R¯x237.
Знак корня в современном виде был предложен в 1525 г. чешским математиком К. Рудольфом. Его учебник алгебры переиздавался до 1615 г., и по нему учился знаменитый математик Л. Эйлер.
Знак еще называют радикалом.
Стр. 13Пример 1. Верно ли, что:
а) (−2)44=−2;
б) (−2)77=−2?
Решение. а) По определению арифметический корень n-й степени из неотрицательного числа a (n — четное число) является неотрицательным числом, n-я степень которого равна подкоренному выражению a.
Поскольку −2<0, то равенство (−2)44=−2 неверное. Верно равенство (−2)44=2.
б) По определению корень n-й степени из числа а (n — нечетное число) является числом, n-я степень которого равна подкоренному выражению а.
Поскольку (−2)7=−27 — верное равенство, то равенство (−2)77=−2 − верное.
Пример 2. Решить уравнение:
а) x3=7;
б) x4=5.
Решение. а) Решением этого уравнения является такое значение х, 3-я степень которого равна 7, т. е. по определению кубического корня имеем:
б) Решением этого уравнения является такое значение х, 4-я степень которого равна 5, т. е. (по определению) х — это корень 4-й степени из числа 5. Но из положительного числа 5 существуют два корня четвертой степени, которые равны по модулю и имеют противоположные знаки. Поскольку положительный корень обозначают 54, то второй корень равен −54, т. е. x=±54.
Ответ: а) 73; б) ±54.
В тетради решение уравнения б) (аналогично и а)) можно записать так:
Решение: x4=5 ⇔ x=±54.
Ответ: ±54.
Пример 3. Решить уравнение:
а) (x8)8=x;
б) (x13)13=x.
Стр. 14Решение. а) Число 8 — четное, значит, данное равенство является тождеством при x≥0, поэтому каждое неотрицательное значение х является решением (корнем) уравнения (x8)8=x.
б) Число 13 — нечетное, значит, данное равенство является тождеством при любом значении х, поэтому решением уравнения (x13)13=x является любое действительное число, а R — множество всех его корней.
Ответ: а) [0;+∞); б) R.
Пример 4. Решить уравнение
Решение. Обозначим x6=t, тогда получим уравнение
Корни этого уравнения
Таким образом, имеем
откуда x=±2 (поясните, почему уравнение x6=−1 не имеет корней).
Ответ: ±2.
1
1Какое число называется корнем n-й степени из числа а?
1
2
2Сколько существует корней четной степени n из положительного числа а?
2
3
3Корень какой степени существует из любого числа а?
3
4
4Какой корень n-й степени из числа а называется арифметическим?
4
5
5При каких значениях а верно равенство (an)n=a, если:
а) n — нечетное число;
б) n — четное число?
5
Упражнения
1.24°
1.24°Используя определение арифметического корня n-й степени, докажите, что:
1) 2564=4;
2) 102410=2;
3) 7296=3;
4) 65618=3;
5) 409612=2;
6) 14 6414=11.
1.24°
Стр. 151.25°
1.25°Верно ли, что:
1) число −4 является корнем четвертой степени из числа 256;
2) число −0,3 является корнем четвертой степени из числа −0,0081?
1.25°
1.26°
1.26°Верно ли, что:
1) −17283=−12;
2) −33753=15;
3) −16 8075=7;
4) −77765=−6?
1.26°
1.27°
1.27°Найдите арифметический квадратный корень из числа:
1) 16;
2) 49;
3) 0;
4) 1;
5) 0,81;
6) 0,25;
7) 2,25;
8) 1,21;
9) 36169;
10) 144289;
11) 169100;
12) 81256.
1.27°
1.28°
1.28°Найдите кубический корень из числа:
1) 1;
2) 0;
3) 343;
4) 8;
5) 127;
6) 0,027;
7) 0,001;
8) 64125.
1.28°
1.29°
1.29°Найдите арифметический корень четвертой степени из числа:
1) 0;
2) 1;
3) 16;
4) 0,0016;
5) 1681;
6) 256625;
7) 0,0001;
8) 0,1296.
1.29°
Вычислите (1.30—1.42).
1.30°
1.30°1) 9,16,25,49,81,100;
2) 0,16,0,09,0,01,