Funkcja wykładnicza
2. Potęga o wykładniku rzeczywistym

W 1887 roku opublikowano w jednym z czasopism matematycznych 520 cyfr po przecinku rozwinięcia dziesiętnego liczby . Natomiast w 1951 roku profesor Horace Uhler, fizyk amerykański, odkrył 1542 cyfry po przecinku rozwinięcia dziesiętnego tej liczby. O pierwszym znaczącym rekordzie komputerowym prasa doniosła w roku 1971 – Jacques Dutka z Columbia University znalazł ponad milion cyfr po przecinku rozwinięcia dziesiętnego liczby .
My wykorzystamy przybliżenie liczby do wyznaczenia przybliżonej wartości liczby .
Obliczysz przybliżone wartości potęg o wykładnikach rzeczywistych.
Porównasz potęgi o wykładnikach rzeczywistych.
Zastosujesz prawa działań na potęgach do obliczania wartości wybranych potęg.
Przypomnijmy, że każdą liczbę niewymierną można przybliżyć liczbami wymiernymi, na przykład przez rozwinięcie dziesiętne. Każda kolejna cyfra rozwinięcia dziesiętnego liczby niewymiernej “zbliża” do rzeczywistej wartości tej liczby.
Przypomnijmy kolejne przybliżenia wybranych liczb niewymiernych.
Liczba niewymierna | Cyfra jedności | Kolejne cyfry rozwinięcia dziesiętnego danej liczby niewymiernej | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
Wykorzystując kolejne cyfry rozwinięcia dziesiętnego liczby , wyznaczymy kolejne cyfry rozwinięcia potęgi .
Rozważymy kilka potęg liczby o wykładnikach będących kolejnymi przybliżeniami liczby , czyli , , , , , :
Zauważmy, że im więcej cyfr rozwinięcia dziesiętnego liczby weźmiemy pod uwagę, tym więcej “ustala się” cyfr rozwinięcia dziesiętnego liczby . Zestawmy powyższe obliczenia w tabelce:
Liczba | Kolejne cyfry rozwinięcia dziesiętnego danej liczby niewymiernej | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
Przy pomocy kalkulatora obliczamy .
Zauważmy przy okazji, że im większy jest wykładnik potęgi, tym większą wartość ma sama potęga.
Wykorzystując kolejne cyfry rozwinięcia dziesiętnego liczby , wyznaczymy kolejne cyfry rozwinięcia potęgi .
Rozważymy kilka potęg liczby o wykładnikach będących kolejnymi przybliżeniami liczby , czyli , , , , , :
Zauważmy, że im więcej cyfr rozwinięcia dziesiętnego liczby weźmiemy pod uwagę, tym więcej “ustala się” cyfr rozwinięcia dziesiętnego liczby . Zestawmy powyższe obliczenia w tabelce:
Liczba | Kolejne cyfry rozwinięcia dziesiętnego danej liczby niewymiernej | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
Przy pomocy kalkulatora obliczamy
Zauważmy przy okazji, że im większy jest wykładnik potęgi, tym mniejszą wartość ma sama potęga.
Dwa powyższe przykłady obrazują, w jaki sposób oblicza się wartości potęg o wykładnikach niewymiernych. Odnotujmy w tym miejscu ważne założenie: przyjmujemy, że podstawa potęgi o wykładniku niewymiernym jest liczbą dodatnią
.
Rozważyliśmy dwa przykłady potęg o wykładnikach niewymiernych: oraz . Można udowodnić, że obie te liczby są niewymierne. Zastanowimy się teraz, czy istnieją potęgi o wykładnikach niewymiernych, które są liczbami wymiernymi.
Zauważmy, że poznane do tej pory własności działań na potęgach o wykładnikach wymiernych “przenoszą się” na potęgi o wykładnikach niewymiernych, o ile podstawy tych potęg są liczbami dodatnimi.
Rozważmy teraz potęgę . Jeśli ta liczba jest wymierna, oznacza to, że istnieją potęgi o podstawach i wykładnikach niewymiernych, które są wymierne. Jeśli zaś liczba jest niewymierna, wówczas liczba jest wymierna, co prowadzi ponownie do wniosku, że istnieją potęgi o podstawach i wykładnikach niewymiernych, które są liczbami wymiernymi.
Powyższe rozumowanie opiera się na zasadzie tertium non datur
(trzeciej możliwości nie ma
), zwanej również prawem wyłączonego środkaprawem wyłączonego środka, która jest fundamentem logiki klasycznej (dwuwartościowej). Oznacza to, że albo prawdziwe jest zdanie , albo zdanie nieprawda, że . W przykładzie powyżej: albo jest liczbą wymierną, albo jest liczbą niewymierną – trzeciej możliwości nie ma.
Działania na potęgach
Na każdym etapie konstruowania potęgowania jako działania, niezależnie od tego do jakiego zbioru liczbowego należy wykładnik, zwracaliśmy uwagę, że chcemy zachować własności działań na potęgach, które były prawdziwe dla wykładników naturalnych.
Zatem dla dowolnych liczb dodatnich i oraz dowolnych liczb rzeczywistych i zachodzą następujące własności:
iloczyn potęg o takich samych podstawach: ,
iloraz potęg o takich samych podstawach: ,
potęga potęgi: ,
iloczyn potęg o takich samych wykładnikach (rozdzielność potęgowania względem mnożenia): ,
iloraz potęg o takich samych wykładnikach (rozdzielność potęgowania względem dzielenia): .
Uprościmy poniższe wyrażenia korzystając z własności potęgowania:
z własności 1):
z własności 2):
z własności 3):
z własności 4):
z własności 5):
Zwróćmy uwagę na kolejność wykonywania działań, gdy wykładnik potęgi również ma postać potęgi.
Jeśli liczby , i są dodatnie, wówczas zapis rozumiemy jako .
Obliczymy wartości potęg:
a)
b)
Dla porównania .
Porównywanie potęg o wykładnikach rzeczywistych
Prawdziwe jest następujące twierdzenie.
Jeśli podstawa potęgi jest większa od jedynki, to wraz ze wzrostem wykładnika wartość potęgi również rośnie.
Jeśli podstawa potęgi jest liczbą większą od zera i mniejszą od jedynki, to wraz ze wzrostem wykładnika wartość potęgi maleje.
Porównamy kilka potęg o wykładnikach niewymiernych:
, ponieważ podstawa jest większa od , więc większa jest potęga o większym wykładniku.
, ponieważ podstawa jest dodatnia, ale mniejsza od , więc większa jest potęga o mniejszym wykładniku.
Porównamy liczby i .
Ponieważ oraz ,
więc oraz .
Uzasadnimy, że .
Ponieważ obie strony ostatniej nierówności są nieujemne, więc poprzez podniesienie ich do potęgi dziesiątej otrzymamy nierówność równoważną:
.
Po zastosowaniu własności działań na potęgach o wykładnikach wymiernych, otrzymujemy
.
Zauważmy, że zaś .
Ponieważ oraz ,
więc prawdą jest, że , czyli .
Zatem .
Stąd .
Infografika
Analizując zawartość infografiki, przypomnij sobie własności działań na potęgach.
Przykłady
1.
siedem indeks górny, dziesięć, koniec indeksu górnego, razy, siedem indeks górny, minus, osiem, koniec indeksu górnego, równa się, siedem indeks górny, dziesięć, plus, nawias, minus, osiem, zamknięcie nawiasu, koniec indeksu górnego, równa się, siedem indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, równa się, czterdzieści dziewięć
2.
trzy indeks górny, dwa, minus, pierwiastek kwadratowy z dwa koniec pierwiastka, koniec indeksu górnego, razy, trzy indeks górny, pierwiastek kwadratowy z dwa koniec pierwiastka, koniec indeksu górnego, równa się, trzy indeks górny, dwa, minus, pierwiastek kwadratowy z dwa koniec pierwiastka, plus, pierwiastek kwadratowy z dwa koniec pierwiastka, koniec indeksu górnego, równa się
równa się, trzy indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, równa się, dziewięć Przypadek drugi: Dla a, większy niż, zero, x, należy do, liczby rzeczywiste, y, należy do, liczby rzeczywiste mamy: a indeks górny, x, koniec indeksu górnego, podzielić na, a indeks górny, y, koniec indeksu górnego, równa się, a indeks górny, x, minus, y, koniec indeksu górnego.
Przykłady
1.
pięć indeks górny, osiem, koniec indeksu górnego, podzielić na, pięć indeks górny, pięć, koniec indeksu górnego, równa się, pięć indeks górny, osiem, minus, pięć, koniec indeksu górnego, równa się, pięć indeks górny, trzy, koniec indeksu górnego, równa się, sto dwadzieścia pięć
2.
sześć indeks górny, pierwiastek kwadratowy z dwa koniec pierwiastka, koniec indeksu górnego, podzielić na, sześć indeks górny, pierwiastek kwadratowy z dwa koniec pierwiastka, plus, jeden, koniec indeksu górnego, równa się, sześć indeks górny, pierwiastek kwadratowy z dwa koniec pierwiastka, minus, nawias, pierwiastek kwadratowy z dwa koniec pierwiastka, plus, jeden, zamknięcie nawiasu, koniec indeksu górnego, równa się
równa się, sześć indeks górny, minus, jeden, koniec indeksu górnego, równa się, początek ułamka, jeden, mianownik, sześć, koniec ułamka Przypadek trzeci: Dla a, większy niż, zero, b, większy niż, zero, x, należy do, liczby rzeczywiste mamy: a indeks górny, x, koniec indeksu górnego, razy, b indeks górny, x, koniec indeksu górnego, równa się, nawias, a, razy, b, zamknięcie nawiasu, indeks górny, x, koniec indeksu górnego.
Przykłady
1.
trzydzieści dwa indeks górny, początek ułamka, trzy, mianownik, dwa, koniec ułamka, koniec indeksu górnego, razy, nawias, początek ułamka, jeden, mianownik, osiem, koniec ułamka, zamknięcie nawiasu, indeks górny, początek ułamka, trzy, mianownik, dwa, koniec ułamka, koniec indeksu górnego, równa się, nawias, trzydzieści dwa, razy, początek ułamka, jeden, mianownik, osiem, koniec ułamka, zamknięcie nawiasu, indeks górny, początek ułamka, trzy, mianownik, dwa, koniec ułamka, koniec indeksu górnego, równa się
równa się, cztery indeks górny, początek ułamka, trzy, mianownik, dwa, koniec ułamka, koniec indeksu górnego, równa się, nawias, pierwiastek kwadratowy z cztery koniec pierwiastka, zamknięcie nawiasu, indeks górny, trzy, koniec indeksu górnego, równa się, dwa indeks górny, trzy, koniec indeksu górnego, równa się, osiem
2.
siedem indeks górny, początek ułamka, dwa, mianownik, trzy, koniec ułamka, koniec indeksu górnego, razy, czterdzieści dziewięć indeks górny, początek ułamka, dwa, mianownik, trzy, koniec ułamka, koniec indeksu górnego, równa się, nawias, siedem, razy, czterdzieści dziewięć, zamknięcie nawiasu, indeks górny, początek ułamka, dwa, mianownik, trzy, koniec ułamka, koniec indeksu górnego, równa się, trzysta czterdzieści trzy indeks górny, początek ułamka, dwa, mianownik, trzy, koniec ułamka, koniec indeksu górnego, równa się
równa się, nawias, pierwiastek sześcienny z trzysta czterdzieści trzy koniec pierwiastka, zamknięcie nawiasu, indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, równa się, siedem indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, równa się, czterdzieści dziewięć Przypadek czwarty: Dla a, większy niż, zero, b, większy niż, zero, x, należy do, liczby rzeczywiste mamy: a indeks górny, x, koniec indeksu górnego, podzielić na, b indeks górny, x, koniec indeksu górnego, równa się, nawias, a, podzielić na, b, zamknięcie nawiasu, indeks górny, x, koniec indeksu górnego.
Przykłady
1.
sto dwadzieścia pięć indeks górny, początek ułamka, trzy, mianownik, dwa, koniec ułamka, koniec indeksu górnego, podzielić na, pięć indeks górny, początek ułamka, trzy, mianownik, dwa, koniec ułamka, koniec indeksu górnego, równa się, nawias, sto dwadzieścia pięć, podzielić na, pięć, zamknięcie nawiasu, indeks górny, początek ułamka, trzy, mianownik, dwa, koniec ułamka, koniec indeksu górnego, równa się
równa się, dwadzieścia pięć indeks górny, początek ułamka, trzy, mianownik, dwa, koniec ułamka, koniec indeksu górnego, równa się, nawias, pierwiastek kwadratowy z dwadzieścia pięć koniec pierwiastka, zamknięcie nawiasu, indeks górny, trzy, koniec indeksu górnego, równa się, pięć indeks górny, trzy, koniec indeksu górnego, równa się, sto dwadzieścia pięć
2.
nawias, początek ułamka, dwa, mianownik, trzy, koniec ułamka, zamknięcie nawiasu, indeks górny, minus, cztery, koniec indeksu górnego, podzielić na, nawias, początek ułamka, dwa, mianownik, dziewięć, koniec ułamka, zamknięcie nawiasu, indeks górny, minus, cztery, koniec indeksu górnego, równa się, nawias, początek ułamka, dwa, mianownik, trzy, koniec ułamka, podzielić na, początek ułamka, dwa, mianownik, dziewięć, koniec ułamka, zamknięcie nawiasu, indeks górny, minus, cztery, koniec indeksu górnego, równa się
równa się, nawias, początek ułamka, dwa, mianownik, trzy, koniec ułamka, razy, początek ułamka, dziewięć, mianownik, dwa, koniec ułamka, zamknięcie nawiasu, indeks górny, minus, cztery, koniec indeksu górnego, równa się, trzy indeks górny, minus, cztery, koniec indeksu górnego, równa się, początek ułamka, jeden, mianownik, osiemdziesiąt jeden, koniec ułamka Przypadek piąty: Dla a, większy niż, zero, x, należy do, liczby rzeczywiste, y, należy do, liczby rzeczywiste mamy: nawias, a indeks górny, x, koniec indeksu górnego, zamknięcie nawiasu, indeks górny, y, koniec indeksu górnego, równa się, a indeks górny, x, razy, y, koniec indeksu górnego.
Przykłady
1.
nawias, pięć indeks górny, pierwiastek kwadratowy z początek ułamka, dwa, mianownik, trzy, koniec ułamka koniec pierwiastka, koniec indeksu górnego, zamknięcie nawiasu, indeks górny, pierwiastek kwadratowy z początek ułamka, trzy, mianownik, dwa, koniec ułamka koniec pierwiastka, koniec indeksu górnego, równa się, pięć indeks górny, pierwiastek kwadratowy z początek ułamka, dwa, mianownik, trzy, koniec ułamka koniec pierwiastka, razy, pierwiastek kwadratowy z początek ułamka, trzy, mianownik, dwa, koniec ułamka koniec pierwiastka, koniec indeksu górnego, równa się
równa się, pięć indeks górny, pierwiastek kwadratowy z początek ułamka, dwa, mianownik, trzy, koniec ułamka, razy, początek ułamka, trzy, mianownik, dwa, koniec ułamka koniec pierwiastka, koniec indeksu górnego, równa się, pięć indeks górny, pierwiastek kwadratowy z jeden koniec pierwiastka, koniec indeksu górnego, równa się, pięć
2.
nawias, pierwiastek kwadratowy z trzy koniec pierwiastka indeks górny, sześć, koniec indeksu górnego, zamknięcie nawiasu, indeks górny, początek ułamka, jeden, mianownik, trzy, koniec ułamka, koniec indeksu górnego, równa się, nawias, pierwiastek kwadratowy z trzy koniec pierwiastka, zamknięcie nawiasu, indeks górny, sześć, razy, początek ułamka, jeden, mianownik, trzy, koniec ułamka, koniec indeksu górnego, równa się
równa się, nawias, pierwiastek kwadratowy z trzy koniec pierwiastka, zamknięcie nawiasu, indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, równa się, trzy
a indeks górny, pierwiastek kwadratowy z dwa koniec pierwiastka, koniec indeksu górnego, razy, a indeks górny, pierwiastek kwadratowy z trzy koniec pierwiastka, koniec indeksu górnego, równa się, a indeks górny, pierwiastek kwadratowy z sześć koniec pierwiastka, koniec indeksu górnego a indeks górny, pierwiastek kwadratowy z dwa koniec pierwiastka, koniec indeksu górnego, razy, a indeks górny, pierwiastek kwadratowy z trzy koniec pierwiastka, koniec indeksu górnego, równa się, a indeks górny, pierwiastek kwadratowy z dwa koniec pierwiastka, plus, pierwiastek kwadratowy z trzy koniec pierwiastka, koniec indeksu górnego a indeks górny, pierwiastek kwadratowy z dwa koniec pierwiastka, koniec indeksu górnego, razy, a indeks górny, pierwiastek kwadratowy z trzy koniec pierwiastka, koniec indeksu górnego, równa się, nawias, a indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, zamknięcie nawiasu, indeks górny, pierwiastek kwadratowy z sześć koniec pierwiastka, koniec indeksu górnego
Dla dowolnej liczby dodatniej a prawdą jest, że:
a indeks górny, dwa pierwiastek kwadratowy z dwa koniec pierwiastka, koniec indeksu górnego, podzielić na, a indeks górny, pierwiastek kwadratowy z dwa koniec pierwiastka, koniec indeksu górnego, równa się, a indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego a indeks górny, dwa pierwiastek kwadratowy z dwa koniec pierwiastka, koniec indeksu górnego, podzielić na, a indeks górny, pierwiastek kwadratowy z dwa koniec pierwiastka, koniec indeksu górnego, równa się, jeden a indeks górny, dwa pierwiastek kwadratowy z dwa koniec pierwiastka, koniec indeksu górnego, podzielić na, a indeks górny, pierwiastek kwadratowy z dwa koniec pierwiastka, koniec indeksu górnego, równa się, a indeks górny, pierwiastek kwadratowy z dwa koniec pierwiastka, koniec indeksu górnego
Dla dowolnej liczby rzeczywistej x prawdą jest, że:
dwa indeks górny, x, koniec indeksu górnego, razy, trzy indeks górny, x, koniec indeksu górnego, równa się, sześć indeks górny, dwa x, koniec indeksu górnego dwa indeks górny, x, koniec indeksu górnego, razy, trzy indeks górny, x, koniec indeksu górnego, równa się, sześć indeks górny, x, koniec indeksu górnego dwa indeks górny, x, koniec indeksu górnego, razy, trzy indeks górny, x, koniec indeksu górnego, równa się, sześć indeks górny, x indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, koniec indeksu górnego
Dla dowolnej liczby rzeczywistej x prawdą jest, że:
dziesięć indeks górny, x, koniec indeksu górnego, podzielić na, pięć indeks górny, x, koniec indeksu górnego, równa się, dwa indeks górny, x, koniec indeksu górnego dziesięć indeks górny, x, koniec indeksu górnego, podzielić na, pięć indeks górny, x, koniec indeksu górnego, równa się, dwa indeks górny, zero, koniec indeksu górnego dziesięć indeks górny, x, koniec indeksu górnego, podzielić na, pięć indeks górny, x, koniec indeksu górnego, równa się, dwa indeks górny, jeden, koniec indeksu górnego
Dla dowolnych liczb rzeczywistych x i y prawdą jest, że:
nawias, trzy indeks górny, x, koniec indeksu górnego, zamknięcie nawiasu, indeks górny, y, koniec indeksu górnego, równa się, trzy indeks górny, x, razy, y, koniec indeksu górnego nawias, trzy indeks górny, x, koniec indeksu górnego, zamknięcie nawiasu, indeks górny, y, koniec indeksu górnego, równa się, trzy indeks górny, x, plus, y, koniec indeksu górnego nawias, trzy indeks górny, x, koniec indeksu górnego, zamknięcie nawiasu, indeks górny, y, koniec indeksu górnego, równa się, trzy indeks górny, x indeks górny, y, koniec indeksu górnego, koniec indeksu górnego
Zestaw ćwiczeń interaktywnych
Która z liczb i jest większa? Odpowiedź uzasadnij bez użycia kalkulatora.
Rozwiąż test. Wskaż poprawną odpowiedź.
Słownik
sposób przedstawiania liczb rzeczywistych w postaci ułamka dziesiętnego. Ułamek ten może być skończony, nieskończony okresowy lub nieskończony nieokresowy.
podstawowe prawo logiki klasycznej (dwuwartościowej) orzekające, że spośród dwóch zdań: oraz nieprawda, że jedno jest prawdziwe i jedno fałszywe