Potęgowanie to uogólnienie mnożenia.

Potęgą o podstawie a i wykładniku naturalnym dodatnim n nazywamy iloczyn zbudowany z n czynników, z których każdy ma wartość równą a:

RiTvZkQae6qWj

Ponadto jeśli a nie jest zerem definiujemy zerową potęgę liczby a i przyjmujemy, że a0=1.

Ważne!

Nie definiujemy wartości wyrażenia 00.

W niektórych działach matematyki wygodnie jest się umówić, że wartość wyrażenia 00 jest równa 1, w innych – że ta wartość to 0. W szkole przyjmujemy umowę, że jest to tzw. symbol nieoznaczonysymbol nieoznaczony / wyrażenie nieoznaczonesymbol nieoznaczony lub wyrażenie nieoznaczonesymbol nieoznaczony / wyrażenie nieoznaczonewyrażenie nieoznaczone, czyli takie którego wartości nie definiujemy.

Przykład 1

Obliczmy:

03=0⋅0⋅0=0

30=1

24=2⋅2⋅2⋅2=16

232=23⋅23=49

22=2⋅2=4=2

533=53⋅53⋅53=1253=5

Pole kwadratu o boku długości x jest równe x⋅x=x2, zaś objętość sześcianu o krawędzi długości x to x⋅x⋅x=x3. W związku z tym wyrażenie “x2” czytamy najczęściej jako “x kwadrat”, zaś wyrażenie “x3” jako “x sześcian”.

Poniewaz rozwiązując zadania często potrzebujemy kwadratów i sześcianów liczb, warto znać na pamięć niektóre z nich lub przynajmniej je kojarzyć.

Przykład 2

Podamy kwadraty wybranych liczb naturalnych, których wartości wykraczają poza tradycyjną tabliczkę mnożenia w zakresie do stu.

Liczba naturalna n

Kwadrat liczby n

11

112=11⋅11=121

12

122=12⋅12=144

13

132=13⋅13=169

14

142=14⋅14=196

15

152=15⋅15=225

16

162=16⋅16=256

17

172=17⋅17=289

18

182=18⋅18=324

19

192=19⋅19=361

21

212=21⋅21=441

22

222=22⋅22=484

23

232=23⋅23=529

24

242=24⋅24=576

25

252=25⋅25=625

26

262=26⋅26=676

27

272=27⋅27=729

28

282=28⋅28=784

29

292=29⋅29=841

31

312=31⋅31=961

Przykład 3

Podamy sześciany wybranych liczb naturalnych.

Liczba naturalna n

Sześcian liczby naturalnej n

0

03=0⋅0⋅0=0

1

13=1⋅1⋅1=1

2

23=2⋅2⋅2=8

3

33=3⋅3⋅3=27

4

43=4⋅4⋅4=64

5

53=5⋅5⋅5=125

6

63=6⋅6⋅6=216

7

73=7⋅7⋅7=343

8

83=8⋅8⋅8=512

9

93=9⋅9⋅9=729

Przykład 4

W zadaniach związanych z informatyką przydają się również potęgi liczby 2.

Potęga liczby 2

Wartość potęgi

20

1

21

2

22

4

23

8

24

16

25

32

26

64

27

128

28

256

29

512

210

1024

Przykład 5

Wykonamy mnożenie potęg o tych samych podstawach:

53⋅54=5⋅5⋅5⋅5⋅5⋅5⋅5=5⋅5⋅5⋅5⋅5⋅5⋅5=57

232⋅235=23⋅23·23⋅23⋅23⋅23⋅23=

=23·23·23·23·23·23·23=237

Jeśli a nie jest równe zeru, możemy zauważyć, że dla dowolnych liczb naturalnych k i m zachodzi:

ak·am=a·a·...·a⏟·k czynnikówa·a·...·a⏟m czynników=a·a·...·a·a·a·...·a⏟k+m czynników=ak+m

Zatem iloczyn potęg o tej samej podstawie a jest równy potędze o podstawie a i wykładniku równym sumie wykładników mnożonych czynników.

Przykład 6

Wykonamy dzielenie potęg o tych samych podstawach:

6763=6⋅6⋅6⋅6⋅6⋅6⋅66⋅6⋅6=6⋅6⋅6⋅61=64

0,260,24=0,2⋅0,2⋅0,2⋅0,2⋅0,2⋅0,20,2⋅0,2⋅0,2⋅0,2=0,2⋅0,21=0,22

Jeśli a nie jest równe zeru, możemy zauważyć, że dla dowolnych liczb naturalnych k i m zachodzi:

akam=a·a·...·a·a⏞k czynnikówa·a·...·a⏟m czynników=a·...·a⏞k-m czynników1=ak-m

Powyższe rozumowanie przeprowadziliśmy przy założeniu, że k≥m, ale po omówieniu potęg o wykładniku ujemnym przekonamy się, że reguła jest prawdziwa również w przypadku, gdy k<m.

Zatem iloraz potęg o tej samej podstawie a jest równy potędze o podstawie a i wykładniku równym różnicy wykładników mnożonych czynników.

Przykład 7

Wykonamy mnożenie potęg o takich samych wykładnikach:

24⋅34=2⋅2⋅2⋅2⋅3⋅3⋅3⋅3=2⋅3⋅2⋅3⋅2⋅3⋅2⋅3=2⋅34=64

345⋅455=34⋅34⋅34⋅34⋅34⋅45⋅45⋅45⋅45⋅45=

=34⋅45⋅34⋅45⋅34⋅45⋅34⋅45⋅34⋅45=34⋅455=355

Jeśli a i b nie są równe zeru, możemy zauważyć, że dla dowolnej liczby naturalnej m zachodzi:

am·bm=a·...·a  ⏟·m czynnikówb·...·b⏟   m czynników=a·b·...·a·b⏟m nawiasów=a·bm

Zatem iloczyn potęg o tym samym wykładniku i podstawach różnych od zera jest równy potędze o podstawie będącej iloczynem podstaw czynników oraz wykładniku równym wykładnikowi czynników.

Przykład 8

Wykonamy dzielenie potęg o takich samych wykładnikach:

2434=2⋅2⋅2⋅23⋅3⋅3⋅3=23⋅23⋅23⋅23=234

0,130,43=0,1⋅0,1⋅0,10,4⋅0,4⋅0,4=0,10,4⋅0,10,4⋅0,10,4=0,10,43

Jeśli a i b nie są równe zeru, możemy zauważyć, że dla dowolnej liczby naturalnej m zachodzi:

ambm=a·a·...·a⏞m czynnikówb·b·...·b⏟m czynników=ab·ab·...·ab⏞m czynników=abm

Zatem iloraz potęg o tym samym wykładniku i podstawach różnych od zera jest równy potędze o podstawie będącej ilorazem podstaw czynników oraz wykładniku równym wykładnikowi czynników.

Przykład 9

Rozważymy potęgę o podstawie również będącej potęgą:

325=32⋅32⋅32⋅32⋅32=3⋅3⋅3⋅3⋅3⋅3⋅3⋅3⋅3⋅3=

=3⋅3⋅3⋅3⋅3⋅3⋅3⋅3⋅3⋅3=310

734=73⋅73⋅73⋅73=7⋅7⋅7⋅7⋅7⋅7⋅7⋅7⋅7⋅7⋅7⋅7=

=7⋅7⋅7⋅7⋅7⋅7⋅7⋅7⋅7⋅7⋅7⋅7=712

Jeśli a jest liczbą różną od zera, możemy zauważyć, że dla dowolnych liczb naturalnych k i m zachodzi:

amk=am·...·am⏟k czynników=a·...·a⏞m czynników·...·a·...·a⏞m czynników⏟k nawiasów=a·...·a·...·a·...·a⏟m·k czynników=am·k

Zatem potęga o wykładniku naturalnympotęga o wykładniku naturalnympotęga o wykładniku naturalnym k potęgi o wykładniku m niezerowej liczby a jest równa potędze liczby a o wykładniku równym iloczynowi wykładników k i m.

Przykład 10

Rozważmy jeszcze kilka przykładów:

23+23=2⋅23=24

34+34+34=3⋅34=35

56+2⋅56+2⋅56=56·1+2+2=56⋅5=57

65-64=6⋅64-64=64·6-1=5⋅64

Słownik

potęga o wykładniku naturalnym
potęga o wykładniku naturalnym

potęgą o podstawie a i wykładniku będącym liczbą naturalną n nazywamy wyrażenie an=a·...·a⏟n czynników dla n>1; jeśli n=1, przyjmujemy a1=a; jeśli a≠0, przyjmujemy a0=0; nie definiujemy wartości wyrażenia 00

symbol nieoznaczony / wyrażenie nieoznaczone
symbol nieoznaczony / wyrażenie nieoznaczone

wyrażenie algebraiczne, które nie ma sensu liczbowego; próby przypisania wartości takiemu wyrażeniu kończą się uzyskaniem sprzeczności