1.3. Potenser
Sommarmatte 1
Versionen från 16 juli 2007 kl. 12.42 (redigera) KTH.SE:u1zpa8nw (Diskussion | bidrag) ← Gå till föregående ändring |
Nuvarande version (17 juli 2007 kl. 09.08) (redigera) (ogör) KTH.SE:u1zpa8nw (Diskussion | bidrag) (→Jämförelse av potenser) |
||
(5 mellanliggande versioner visas inte.) | |||
Rad 292: | Rad 292: | ||
<br> | <br> | ||
<li>$ | <li>$ | ||
- | \displaystyle \frac{(-2)^{127}}{2^{130}} = \displaystyle \frac{(-1 \cdot 2)^{127}}{2^{130}} = \displaystyle \frac{(-1)^{127} \cdot 2^{127}}{2^{130}} = \displaystyle \frac{-1 \cdot 2^{127}}{2^{130}} = - 2^{127-130} = -2^{-3} = - \displaystyle \frac{1}{2^3} = - \displaystyle \frac{1}{8}$ | + | \displaystyle \frac{(-2)^{127}}{2^{130}} = \displaystyle \frac{(-1 \cdot 2)^{127}}{2^{130}} = \displaystyle \frac{(-1)^{127} \cdot 2^{127}}{2^{130}} = \displaystyle \frac{-1 \cdot 2^{127}}{2^{130}} = $<br\>$- 2^{127-130} = -2^{-3} = - \displaystyle \frac{1}{2^3} = - \displaystyle \frac{1}{8}$ |
</ol> | </ol> | ||
</div> | </div> | ||
- | |||
==Byte av bas== | ==Byte av bas== | ||
Rad 333: | Rad 332: | ||
<br/> | <br/> | ||
<br/> | <br/> | ||
- | :$8^3 \cdot 4^{-2} \cdot 16 = (2^3)^3 \cdot (2^2)^{-2} \cdot 2^4 = 2^{3 \cdot 3} \cdot 2^{2 \cdot (-2)} \cdot 2^4 <br><br>= 2^9 \cdot 2^{-4} \cdot 2^4 = 2^{9-4+4} =2^9$ | + | $8^3 \cdot 4^{-2} \cdot 16 = (2^3)^3 \cdot (2^2)^{-2} \cdot 2^4 = 2^{3 \cdot 3} \cdot 2^{2 \cdot (-2)} \cdot 2^4 $<br><br>$= 2^9 \cdot 2^{-4} \cdot 2^4 = 2^{9-4+4} =2^9$ |
<br/> | <br/> | ||
<br/> | <br/> | ||
Rad 347: | Rad 346: | ||
<br/> | <br/> | ||
<br/> | <br/> | ||
- | :$\displaystyle\frac{81 \cdot 32^2 \cdot (2/3)^2}{2^5+2^4} = \frac{3^4 \cdot (2^5)^2 \cdot \displaystyle\frac{2^2}{3^2}}{2^{4+1}+2^4} = \frac{3^4 \cdot 2^{5 \cdot 2} \cdot \displaystyle\frac{2^2}{3^2}}{2^4 \cdot 2^1 +2^4} = \frac{3^4 \cdot 2^{10} \cdot \displaystyle\frac{2^2}{3^2}}{2^4 \cdot(2^1+1)}$ | + | $\displaystyle\frac{81 \cdot 32^2 \cdot (2/3)^2}{2^5+2^4} \; = \; \frac{3^4 \cdot (2^5)^2 \cdot \displaystyle\frac{2^2}{3^2}}{2^{4+1}+2^4} \; = \; \frac{3^4 \cdot 2^{5 \cdot 2} \cdot \displaystyle\frac{2^2}{3^2}}{2^4 \cdot 2^1 +2^4} $<br\> |
- | <br/> | + | $\displaystyle \; = \; \frac{3^4 \cdot 2^{10} \cdot \displaystyle\frac{2^2}{3^2}}{2^4 \cdot(2^1+1)} \; = \; \frac{ \displaystyle\frac{3^4 \cdot 2^{10} \cdot 2^2}{3^2}}{2^4 \cdot 3} \displaystyle \; = \; \frac{ 3^4 \cdot 2^{10} \cdot 2^2 }{3^2 \cdot 2^4 \cdot 3 } $<br\> |
- | :$\displaystyle\qquad{} = \frac{ \displaystyle\frac{3^4 \cdot 2^{10} \cdot 2^2}{3^2}}{2^4 \cdot 3} = \frac{ 3^4 \cdot 2^{10} \cdot 2^2 }{3^2 \cdot 2^4 \cdot 3 } = 3^{4-2-1} \cdot 2^{10+2-4} = 3^1 \cdot 2^8= 3\cdot 2^8$ | + | $\; = \; 3^{4-2-1} \cdot 2^{10+2-4} \; = \; 3^1 \cdot 2^8\; = \; 3\cdot 2^8$ |
<br/> | <br/> | ||
</ol> | </ol> | ||
Rad 493: | Rad 492: | ||
::$ 8 = 2\cdot 4 = 2 \cdot 2 \cdot 2 = 2^3\mbox{,}$ | ::$ 8 = 2\cdot 4 = 2 \cdot 2 \cdot 2 = 2^3\mbox{,}$ | ||
- | ::$ 128 = 2\cdot 64 = 2\cdot 2\cdot 32 = 2\cdot 2\cdot 2\cdot 16 = 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2\cdot 8 = 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2^3 = 2^7\mbox{.}$ | + | ::$ 128 = 2\cdot 64 = 2\cdot 2\cdot 32 = 2\cdot 2\cdot 2\cdot 16 = 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2\cdot 8 = $ |
+ | ::$ 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2^3 = 2^7\mbox{.}$ | ||
Detta betyder att | Detta betyder att | ||
Rad 545: | Rad 545: | ||
</ol> | </ol> | ||
</div> | </div> | ||
- | |||
- | [[1.3 Övningar|Övningar]] | ||
- | |||
<div class="inforuta"> | <div class="inforuta"> | ||
Rad 555: | Rad 552: | ||
</div> | </div> | ||
+ | |||
+ | <br><br><br><br><br><br><br><br><br><br><br><br><br><br><br><br><br><br><br><br><br><br><br><br><br><br><br><br><br><br><br><br><br> | ||
+ | <br><br><br><br><br><br><br><br><br> |
Nuvarande version
Innehåll:
Lärandemål: Efter detta avsnitt ska du ha lärt dig att:
|
|
[redigera] Teori[redigera] PotenserVi använder multiplikationssymbolen som ett kortare skrivsätt för upprepad addition av samma tal, t.ex. $$ 4 + 4 + 4 + 4 + 4 = 4 \cdot 5\mbox{.} $$
Exempel 1
Exempel 2
Det sista exemplet kan generaliseras till två användbara räkneregler för potenser: $$\left(\displaystyle\frac{a}{b}\right)^m = \displaystyle\frac{a^m}{b^m} \quad \mbox{och}\quad (ab)^m = a^m b^m$$ [redigera] PotenslagarMed definitionen av potens följer ytterligare några räkneregler som förenklar beräkningar med potenser inblandade. Man ser t.ex. att $$2^3 \cdot 2^5 = \underbrace{\,2\cdot 2\cdot 2\vphantom{{}_{\scriptscriptstyle 1}}\,}_{ 3\ {\rm st }} \cdot \underbrace{\,2\cdot 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2\vphantom{{}_{\scriptscriptstyle 1}}\,}_{ 5\ {\rm st }} = \underbrace{\,2\cdot 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2\vphantom{{}_{\scriptscriptstyle 1}}\,}_{ (3 + 5)\ {\rm st}} = 2^{3+5} = 2^8$$ vilket generellt kan skrivas $$a^m \cdot a^n = a^{m+n}\mbox{.}$$ Vid division av potenser kan också beräkningarna förenklas om potenserna har samma bas $$ \frac{2^7}{2^3}=\displaystyle\frac{ 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2\cdot \not{2}\cdot \not{2}\cdot \not{2} }{ \not{2}\cdot \not{2}\cdot \not{2}} = 2^{7-3}=2^4\mbox{.} $$ Den allmänna regeln blir $$\displaystyle\frac{a^m}{a^n}= a^{m-n}\mbox{.}$$ När man råkar ut för en potens av en potens finns ytterligare en användbar räkneregel. Vi ser att $$ (5^2)^3 = 5^2 \cdot 5^2 \cdot 5^2 = \underbrace{\,5\cdot 5\vphantom{{}_{\scriptscriptstyle 1}}\,}_{ 2\ {\rm st}} \cdot \underbrace{\,5\cdot 5\vphantom{{}_{\scriptscriptstyle 1}}\,}_{ 2\ {\rm st}} \cdot \underbrace{\,5\cdot 5\vphantom{{}_{\scriptscriptstyle 1}}\,}_{2\ {\rm st}} = \underbrace{\,5\cdot 5 \cdot 5 \cdot 5 \cdot 5 \cdot 5\vphantom{{}_{\scriptscriptstyle 1}}\,}_{3\ {\rm gånger}\ 2\ {\rm st}} = 5^{2 \cdot 3} = 5^6\mbox{.} $$ och $$ (5^3)^2 = 5^3\cdot5^3= \underbrace{\,5\cdot 5 \cdot 5\vphantom{{}_{\scriptscriptstyle 1}}\,}_{3\ {\rm st}} \cdot \underbrace{\,5\cdot 5 \cdot 5\vphantom{{}_{\scriptscriptstyle 1}}\,}_{3\ {\rm st}} = \underbrace{\,5\cdot 5 \cdot 5\,\cdot\,5\cdot 5 \cdot 5\vphantom{{}_{\scriptscriptstyle 1}}\,}_{2\ {\rm gånger}\ 3\ {\rm st}}=5^{2\cdot3}=5^6\mbox{.} $$
$$(a^m)^n = a^{m \cdot n}\mbox{.} $$ Exempel 3
Exempel 4
Om ett bråk har samma potensuttryck i både täljare och nämnare så inträffar följande: $$ \frac{5^3}{5^3} = 5^{3-3} = 5^0\quad\text{samtidigt som}\quad \frac{5^3}{5^3} = \frac{ 5 \cdot 5 \cdot 5 }{ 5 \cdot 5 \cdot 5 } = \frac{125}{125} = 1\mbox{.} $$
$$ a^0 = 1\mbox{.} $$ Vi kan också råka ut för att exponenten i nämnaren är större än den i täljaren. Vi får t.ex. $$ \frac{3^4}{3^6} = 3^{4-6} = 3^{-2}\quad\text{och}\quad \frac{3^4}{3^6} = \frac{\not{3} \cdot \not{3} \cdot \not{3} \cdot \not{3} }{ \not{3} \cdot \not{3} \cdot \not{3} \cdot \not{3} \cdot 3 \cdot 3} = \frac{1}{3 \cdot 3} = \frac{1}{3^2}\mbox{.} $$ Vi ser här att enligt våra räkneregler måste den negativa exponenten betyda att $$ 3^{-2} = \frac{1}{3^2}\mbox{.} $$ Den allmänna definitionen av negativa exponenter är att, för alla tal a som inte är 0 gäller att $$a^{-n} = \frac{1}{a^n}\mbox{.}$$
Exempel 5
Om basen i ett potensuttryck är $-1$ så blir uttrycket alternerande $-1$ eller $+1$ beroende på exponentens värde $$ \eqalign{(-1)^1 &= -1\cr (-1)^2 &= (-1)\cdot(-1) = +1\cr (-1)^3 &= (-1)\cdot(-1)^2 = (-1)\cdot 1 = -1\cr (-1)^4 &= (-1)\cdot(-1)^3 = (-1)\cdot (-1) = 1\cr \quad\hbox{o.s.v.}} $$ Regeln är att $(-1)^n$ är lika med $-1$ om $n$ är udda och lika med $+1$ om $n$ är jämn.
Exempel 6
[redigera] Byte av basMan bör vara uppmärksam på att vid förenkling av uttryck om möjligt försöka skriva ihop potenser genom att välja samma bas. Det handlar ofta om att välja 2, 3 eller 5 som bas och därför bör man lära sig att känna igen potenser av dessa tal, exempelvis $$4=2^2,\;\; 8=2^3,\;\; 16=2^4,\;\; 32=2^5,\;\; 64=2^6,\;\; 128=2^7,\;\ldots$$ $$9=3^2,\;\; 27=3^3,\;\; 81=3^4,\;\; 243=3^5,\;\ldots$$ $$25=5^2,\;\; 125=5^3,\;\; 625=5^4,\;\ldots$$ Men även $$ \frac{1}{4}=\frac{1}{2^2} = 2^{-2},\;\; \frac{1}{8}=\frac{1}{2^3}=2^{-3},\;\; \frac{1}{16}=\frac{1}{2^4}=2^{-4},\;\ldots $$ $$ \frac{1}{9}=\frac{1}{3^2}=3^{-2},\;\; \frac{1}{27}=\frac{1}{3^3}=3^{-3},\;\ldots $$ $$ \frac{1}{25}=\frac{1}{5^2}=5^{-2},\;\; \frac{1}{125}=\frac{1}{5^3}=5^{-3},\;\ldots $$ o.s.v. Exempel 7
[redigera] Rationell exponentVad händer om ett tal höjs upp till en rationell exponent? Gäller fortfarande de definitioner och räkneregler vi har använt oss av ovan? Eftersom exempelvis $$2^{1/2} \cdot 2^{1/2} = 2^{1/2 + 1/2} = 2^1 = 2$$ så måste $ 2^{1/2} $ vara samma sak som $\,\sqrt{2}\,$ i och med att $\,\sqrt2\,$ definieras som det tal som uppfyller $\,\sqrt2\cdot\sqrt2 = 2\,$ . Allmänt kan vi göra definitionen $$a^{1/2} = \sqrt{a}\mbox{.}$$ Vi måste då förutsätta att $a\ge 0$, eftersom inget reellt tal multiplicerat med sig själv kan ge ett negativt tal. Man ser också att exempelvis $$5^{1/3} \cdot 5^{1/3} \cdot 5^{1/3} = 5^{1/3 + 1/3 +1/3} = 5^1 = 5$$ som innebär att $\,5^{1/3} = \sqrt[\scriptstyle3]{5}\mbox{,}\,$ vilket kan generaliseras till att $$a^{1/n} = \sqrt[\scriptstyle n]{a}\mbox{.}$$ Genom att kombinera denna definition med en av de tidigare potenslagarna $((a^m)^n=a^{m\cdot n})$ får vi att, för alla $a\ge0$ gäller att $$a^{m/n} = (a^m)^{1/n} = \sqrt[\scriptstyle n]{a^m}$$ eller $$a^{m/n} = (a^{1/n})^m = (\sqrt[\scriptstyle n]{a}\,)^m\mbox{.} $$ Exempel 8
[redigera] Jämförelse av potenserOm man utan tillgång till miniräknare vill jämföra storleken av potenser, kan man i vissa fall avgöra detta genom att jämföra basen eller exponenten. Om basen i en potens är större är än $1$ så blir potensen större ju större exponenten är. Är däremot basen mellan $0$ och $1$ så blir potensen mindre istället när exponenten växer. Exempel 9
Har en potens en positiv exponent så blir potensen större ju större basen är. Det motsatta gäller om exponenten är negativ: då blir potensen mindre när basen blir större. Exempel 10
Ibland krävs det en omskrivning av potenserna för att kunna avgöra storleksförhållandet. Vill man t.ex. jämföra $125^2$ med $36^3$ kan man göra omskrivningarna $$ 125^2 = (5^3)^2 = 5^6\quad \text{och}\quad 36^3 = (6^2)^3 = 6^6 $$ varefter man kan konstatera att $36^3 > 125^2$. Exempel 11
Tänk på att: Ett tal upphöjt till 0 är 1, om talet (basen) är skild från 0.
|