有理数乘方

有理数乘方

求相同因数的积叫做乘方(involution)。乘方运算的结果叫幂(power)。正数的任何次幂都是正数,负数的奇数次幂是负数,负数的偶数次幂是正数。

  • 中文名称
    有理数乘方
  • 外文名称
    Rational power

表示

2、7也可以看做是乘方运算的结果,这时它们表示数,分别读作"2的2次幂"、"7的3次幂",其中2与7叫做底数(base),2与3叫做指数(exponent)。

这种求n个相同因数a的积运算叫做乘方(power),乘方的结果叫做幂(power),a叫做底数(base number),n叫指数(exponent)。任何数的0次方都是1。例:3 º=1.

同底数幂法则

同底数幂相乘除,原来的底数作底数,指数的和或差作指数。

推导:

设a^m*a^n中,m=2,n=4,那麽

a^2*a^4

=(a*a)*(a*a*a*a)

=a*a*a*a*a*a

=a^6

=a^(2+4)

所以代入:a^m*a^n=a^(m+n)

用字母表示为:

a^m·a^n=a^(m+n) 或 a^m÷a^n=a^(m-n) (m、n均为自然数)

1)15^2×15^3; 

2)3^2×3^4×3^8; 

3)5×5^2×5^3×5^4×…×5^90

1)15^2×15^3=15^(2+3)=15^5

2)3^2×3^4×3^8=3^(2+4+8)=3^14

3)5×5^2×5^3×5^4×…×5^90=5^(1+2+3+…+90)=5^4095[1]

正整数指数幂法则

a^k=a*a*....*a(k个a),其中k∈N*(即k为正整数)

指数为0幂法则

a^0=1 ,其中a≠0 ,k∈N*

推导:

a^0

=a^(1-1)

=(a^1)/(a^1)

=a/a

=1

负整数指数幂法则

a^(-k)=1/(a^k) ,其中a≠0,k∈N*

推导:

a^(-k)

=a^(0-k)

=(a^0)/(a^k)

=1/(a^k)[2]

正分数指数幂法则

a^(m/n)=

,其中n≠0 , m/n>0,m,n∈N*(即m,n为正整数)

负分数指数幂法则

a^[-(m/n)]=

,其中,a^m≠0(

≠0,a≠0),m/n>0,n≠0,m,n∈N*

推导:

a^[-(m/n)]

=a^(0-m/n)

=(a^0)/[a^(m/n)]

=1/[a^(m/n)]

=1/

=

分数指数幂时,当n=2k,k∈N*, 且a^m<0时,则该数在实数範围内无意义

特别地,0的非正数指数幂没有意义

平方差

两数和乘两数差等于它们的平方差。

用字母表示为:

(a+b)(a-b)=a^2-b^2

推导:

(a+b)(a-b)

=(a+b)a-(a+b)b

=(a^2+ab)-(b^2+ab)

=a^2-b^2[3]

幂的乘方法则

幂的乘方,底数不变,指数相乘。

用字母表示为:

(a^m)^n=a^(m×n)

幂的乘方

特别指出:a^m^n=a^(m^n)

积的乘方

积的乘方,先把积中的每一个因数分别乘方,再把所得的幂相乘。

用字母表示为:

(a×b)^n=a^n×b^n

这个积的乘方法则也适用于三个以上乘数积的乘方。如:

(a×b×c)^n=a^n×b^n×c^n

同指数幂乘法

同指数幂相乘,指数不变,底数相乘。

用字母表示为:

(a^n)*(b^n)=(ab)^n

完全平方

两数和(或差)的平方,等于它们的平方的和加上(或者减去)它们的积的2倍。

用字母表示为:

(a+b)^2=a^2+2ab+b^2或(a-b)^2=a^2-2ab+b^2

我们一般把前者叫作完全平方公式,把后者叫作完全平方差公式。

立方和

a^3+b^3=(a+b)(a^2-ab+b^2)

立方差

a^3-b^3=(a-b)(a^2+ab+b^2)[4]

多项式平方

(a+b+c)^2=a^2+b^2+c^2+2ab+2bc+2ac

二项式

艾萨克·牛顿发现了二项式。二项式是乘方裏的复杂运算。右图为二项式计演算法则。一般来说,二项式也可以这样表示:

1

1 1

1 2 1

1 3 3 1

1 4 6 4 1

1 5 10 10 5 1

…… …… ……

这就是着名的杨辉三角。

速算

有些较特殊的数的平方,掌握规律后,可以使计算速度加快,现介绍如下。

由n个1组成的数的平方

我们观察下面的例子。

1^2=1

11^2=121

111^2=12321

1111^2=1234321

11111^2=123454321

111111^2=12345654321

……

由以上例子可以看出这样一个规律;求由n个1组成的数的平方,先由1写到n,再由n写到1,即:

11…1(n个1)^2=1234…(n-1)n(n-1)…4321

注意:其中n只佔一个数位,满10应向前进位,当然,这样的速算不宜位数过多。

由n个3组成的数的平方

我们仍观察具体实例:

3^2=9

33^2=1089

333^2=110889

3333^2=11108889

33333^2=1111088889

由此可知:

33…3(n个3)^2 = 11…11【(n-1)个1】0 88…88【(n-1)个8】9

个位是5的数的平方

把a看作10的个数,这样个位数位是5的数的平方可以写成;(10a+5)^2的形式。根据完全平方式推导;

(10a+5)^2=(10a)^2+2×10a×5+5^2

=100a^2+100a+25

=100a×(a+1)+25

=a×(a+1)×100+25

由此可知:个位数位是5的数的平方,等于去掉个位数位后,所得的数与比这个数大1的数相乘的积,后面再写上25。

图示

(2^5=2*2*2*2*2)

一、目标预设

1、知识与技能

(1)在现实背景中,理解有理数乘方的意义,叙述有理数乘方的概念;

(2)能进行有理数的乘方运算。

2、过程与方法

变"幂"为"乘"是由转化的思想把新问题(有理数乘方)转化为旧知识(有理数的乘法)来解决。经历有理数乘方的概念的推导过程,体验乘方概念与有理数乘法的联系;

3、情感、态度与价值观

通过观察、类比、归纳得出正确的结论。发展综合运用所学知识的能力。

二、教学重难点

1、重点:在理解有理数乘方意义的基础上进行有理数的乘方运算。

2、难点:与所学知识进行衔接,处理带各种符号的乘方运算。

三、教学準备

1、教具:多媒体

2、预习建议:

(1)乘方的定义。

(2)乘方的初步运算。

四、教学方法:

引导探索法,尝试指导,充分体现学生的主体地位

五、教学设计思路:

教师给学生创设问题情境,鼓励学生积极参与,注重学生在认知过程中的思维,通过学生讨论、归纳得出的知识,比教师的单独讲解要记得牢,同时也培养学生归纳、总结的能力。然后通过一些练习来巩固这些知识。

1、创设情境,引出课题

①听音频资料,通过《棋盘上的学问》一则故事,引入问题:64个二相乘怎麽计算?吸引学生注意,为下文引入乘方的概念铺垫。

师:到底国王傻不傻呢?大家先别急着下结论,等大家学完了本节课程,就能回答这个问题了。

②请大家看细胞分裂示意图,由计算并用算式表示出第一次,第二次,第三次,第n次分裂后细胞的个数,引入乘方的概念。

师:有些时候,我们会遇到几个相同因数相乘的式子,比如五个2相乘,我们要写很长,这样的式子有更简单的表示方式吗?

2、自主学习,讲解定义

(1)请大家阅读课本关于《有理数的乘方》这节课程的内容。(五分锺)

(2)请大家在阅读的同时,思考萤幕上的三个问题:(板书课题:有理数的乘方)

①什麽叫乘方?

求 个相同因数的积的运算叫乘方

②用字母怎麽表示?读作什麽?

③每个字母表示什麽?

分别请学生回答相关的问题,培养学生自主学习的能力。

注: ①乘方是一种和加减乘除一样的一种运算;

②指数n要以小写的形式写于底数的右上角;

③了解乘方的意义,从幂转为乘。

(3)了解乘方的指数,底数,幂的定义

乘方的结果叫做幂;在中,叫做底数,叫做指数。

明确了表示a的幂的这个式子的结构之后,做几道口答题。看萤幕,用基础题来调动学生参与讨论回答的积极性,为后续学习热身。

性质

正数的任何次幂都是正数,负数的奇次幂是负数,负数的偶次幂是正数,0的任何正整数次幂都得0.

例题

某种细胞每过30分便由一个分裂成2个。经过5h,这种细胞由一个能分裂成多少个?

解答:1个细胞30min后分裂成2个,1h后分裂成2×2个,1.5h后分裂成2×2×2个……

5h后要分裂10次,分裂成2×2×2×2×2×2×2×2×2×2=1 024(个)

为了简便,可将2×2×2×2×2×2×2×2×2×2记为2¹º。​

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