Najłatwiej zdefiniować potęgę o wykładniku naturalnym. Jest to po prostu skrócony zapis mnożenia kilku takich samych czynników. Wówczas wykładnik oznacza liczbę powtarzających się czynników.

Potęga o wykładniku naturalnym

R1UzIW6Kklgaj

Potęgę o wykładniku naturalnym można też zdefiniować rekurencyjnie:

an=1dla n=0,a∈R∖{0}
an=a,dlan=1,a∈R
an=an−1⋅a,dlan∈N∖{0}
Ważne!

Pamiętaj, że wyrażeniu 0° nie przypisujemy żadnej wartości liczbowej. Uznajemy je za symbol nieoznaczony.

Przykład 1
(35)0=1
π1=π
(2)3=2⋅2⋅2=22

Znacznie mniej intuicyjne jest potęgowaniepotęgowaniepotęgowanie w pozostałych przypadkach.

Analizując serie równości:

23=8

a3=aaa

22=4 (wynik z wiersza powyżej podzielony przez 2)

a2=aa (wynik z wiersza powyżej podzielony przez a)

21=2 (wynik z wiersza powyżej podzielony przez 2)

a1=a (wynik z wiersza powyżej podzielony przez a)

20=1 (wynik z wiersza powyżej podzielony przez 2)

a0=1 (wynik z wiersza powyżej podzielony przez a)

można zauważyć, że każde zmniejszenie o 1 wykładnika potęgi po lewej stronie równości odpowiada podzieleniu prawej strony równości przez podstawę potęgi. Zatem kontynuując rozumowanie otrzymujemy:

2-1=12

a-1=1a

2-2=14 (wynik z wiersza powyżej podzielony przez 2)

a-2=1aa=1a2 (wynik z wiersza powyżej podzielony przez a)

2-3=18 (wynik z wiersza powyżej podzielony przez 2)

a-3=1aaa=1a3 (wynik z wiersza powyżej podzielony przez a)

2-4=116 (wynik z wiersza powyżej podzielony przez 2)

a-4=1aaaa=1a4 (wynik z wiersza powyżej podzielony przez a)

Zatem potęgę o wykładniku całkowitym ujemnym możemy zdefiniować jak poniżej.

Potęga o wykładniku całkowitym ujemnym

a−n=(1a)n,a∈R∖{0},n∈ℕ∖{0}
Przykład 2
3−2=(13)2=19
(14)−3=43=64
(23)−4=(32)4=8116
(22)−3=(22)3=(22)⋅(22)⋅(22)=228=24

PierwiastkowaniepierwiastkowaniePierwiastkowanie rozumiemy jako działanie odwrotne do potęgowania.

Pytanie: Ile jest równy 36? jest tożsametożsamośćtożsame z pytaniem: Jaką liczbę podnieść do kwadratu, aby otrzymać 36?.

W obu przypadkach odpowiedź to 6, zatem 36=6.

Jeśli chcemy obliczyć -1253, to wystarczy odpowiedzieć na pytanie: Jaką liczbę podnieść do potęgi 3, aby otrzymać 125?.

Wobec tego -1253=-5.

Pierwiastek parzystego stopnia

an=b wtedy i tylko wtedy gdy bn=a,a,b∈⟨0,+∞)

Przykład 3
9=3,bo9=32
16254=15,bo1625=(15)4
729646=32,bo72964=(32)6

Przy tej okazji zauważmy, że pierwiastki nieparzystego stopnia możemy obliczać z liczb ujemnych - wynik takiego pierwiastkowania jest również ujemny.

Z kolei pierwiastki parzystego stopnia możemy obliczać tylko z liczb nieujemnych otrzymując w wyniku liczby nieujemne.

Pierwiastek nieparzystego stopnia

an=b⇔bn=a;a,b∈R,n∈N∖{1}, n jest liczbą nieparzystą
Przykład 4
−643=−4,bo(−4)3=−64
125273=53,bo(53)3=12527
−322345=−23,bo(−23)5=−32234

Okazuje się, że pierwiastkowanie można potraktować jako szczególny przypadek potęgowania. Rozważmy pewien szczególny przypadek.

(2)2=2 ·2=2·2=4=2 
(korzystamy z własności pierwiastkowania)

(212)2 = 212 ·  212 = 212+12 = 21=2
(korzystamy z własności potęgowania)

Wiadomo ponadto, że istnieje tylko jedna liczba rzeczywista dodatnia, która podniesiona do kwadratu daje 2. Zatem 2 = 212.

Ogólnie przyjmujemy następujące definicje:

Potęga o wykładniku wymiernym

a1n=an,a∈R,n∈ℕ∖{0,1}, n  jest liczbą nieparzystą
a1n=an,a∈R+∪{0},n∈ℕ∖{0,1}
amn=amn,a∈R,n∈ℕ∖{0,1},m∈ℤ,NWD(|m|,n)=1, n jest liczbą nieparzystą
amn=amn,a∈R+∪{0},n∈ℕ∖{0,1},m∈ℤ,NWD(|m|,n)=1
Przykład 5
4912=49=7
(−125)13=−1253=−5
(−343216)23=(−343216)23=4936
0,0625−32=0,0625−3=64

Wprost z definicji potęgowania wynikają następujące własności:

Własności potęgowania

Dladowolnych liczba,b∈R+,m,n∈R:
(1)am⋅an=am+n
(2)am:an=am−n
(3)(an)m=an⋅m
(4)an⋅bn=(a⋅b)n
(5)an:bn=(a:b)n

Ich dowody znajdują się w rozdziale dotyczącym potęg.

Przykład 6
(1)5−20⋅516=5−20+16=5−4=1625
(2)618:615=618−15=63=216
(3)(472)37=472⋅37=432=8
(4)(319)3⋅(196)3=(319⋅196)3=(36)3=(12)3=18
(5)(174)4:(173)4=(174:173)4=(174⋅317)4=(34)4=81256

Wykorzystując fakt, że każdy pierwiastek można zapisać jako potęgę o wykładniku wymiernym, łatwo udowodnić następujące własności pierwiastkowania.

Własności pierwiastkowania

Dladowolnychliczba,b∈R+,m,n∈ℕ∖{0,1}
(1)am⋅bm=a⋅bm
(2)am:bm=abm
(3)anm=am⋅n
(4)(an)m=amn

Ich kompletne dowody znajdują się w rozdziale dotyczącym własności pierwiastkowania.

Przykład 7
(1)27193⋅1983=2719⋅1983=2783=32
(2)16294:81294=1629:81294=1629⋅29814=16814=23
(3)643=646=2
(4)2763=(273)6=36=729

Słownik

tożsamość
tożsamość

równość prawdziwa dla dowolnego argumentu z dziedziny

potęgowanie
potęgowanie

w najprostszym aspekcie to uogólnienie mnożenia takich samych czynników

pierwiastkowanie
pierwiastkowanie

działanie odwrotne do potęgowania