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乘方
來源:互聯網

乘方是指求n個相同因數乘積的運算,乘方的結果為冪(power)。在a?中,a為底數(base number),n為指數(exponent)。a?是a的n次乘方的結果,可讀作“a的n次冪”或“a的n次方”。

“乘方”在中國古代數學中又稱“增乘開方法”,早在《九章算術》中便已記載開平方、開立方的開方方法。中國宋代學者賈憲曾作“開方作法本源圖”,附有用增乘方法來進行計算的“增乘方求廉法草”,現代學者錢寶琮將此“求廉草〞整理為開一至六次冪所需用的各廉。法國學者皮耶·德·費瑪數論領域的研究涉及數的乘方的和,他認為每一個整數都可以被寫成四個平方數之和。

乘方在現實生活中的運用較為廣泛。如在計算物體的面積或體積時會用到2次方和3次方。而靜電作用、萬有引力和磁性作用、聲光的強弱等都和距離的2次方成反比。另外,在天體的運行中,行星圍繞太陽以及衛星圍繞行星的旋轉周期的2次方與旋轉中心間距的3次方有線性關系

定義

一個數都可以看作自己本身的一次方,指數1通常省略不寫。在寫分數和負數的n次方時要加括號四則運算順序:先乘方,再括號(先小括號,再中括號,最后大括號),接乘除,尾加減。

計算一個數的小數次方,如果那個小數是有理數,就把它化為(即分數)的形式。特別的,除0以外的任何數的0次方均等于1。0的非正指數冪沒有意義。注:下面的討論中,底數均不為0。

常用公式

同底數冪法則

同底數冪相乘除,原來的底數作底數,指數的和或差作指數。

例如:

1);

2);

3)

推導示例:

設中,m=2,n=4,那么

=

=

=

=

正整數指數冪法則

,其中*(即k為正整數)

指數為0冪法則

,其中,*

推導:

=

=

=1

負整數指數冪法則

,其中,*

推導:

=

=

=

正分數指數冪法則

,其中,,*(即m,n為正整數)

負分數指數冪法則

,其中,,,,*

推導:

=

=

=

=1/

=

分數指數冪時,當*,且時,則該數在實數范圍內無意義

特別地,0的非正數指數冪沒有意義

平方差

兩數和乘兩數差等于它們的平方差。

用字母表示為:

推導:

=

=

=

分數的乘方法則

證明:

=

=

冪的乘方法則

冪的乘方,底數不變,指數相乘。

用字母表示為:

特別指出:

積的乘方

積的乘方,先把積中的每一個因數分別乘方,再把所得的冪相乘。

用字母表示為:

這個積的乘方法則也適用于三個以上乘數積的乘方。如:

同指數冪乘法

同指數冪相乘,指數不變,底數相乘。

用字母表示為:

完全平方

兩數和(或差)的平方,等于它們的平方的和加上(或者減去)它們的積的2倍。

用字母表示為:

我們一般把它叫作完全平方公式。

多項式平方

二項式

艾薩克·牛頓發現了二項式。二項式是乘方里的復雜運算。右圖為二項式計算法則。一般來說,二項式的各項系數按排列順序也可以這樣表示:

1

11

121

1331

14641

15101051

………………

這就是著名的楊輝三角

符號法則

(1)負數的偶次冪是正數,負數的奇數冪是負數。

(2)正數的任何次冪都是正數。

(3)0的任何正數次冪都是0。

速算

有些較特殊的數的平方,掌握規律后,可以使計算速度加快,現介紹如下。

由n個1組成的數的平方

我們觀察下面的例子。

12=1

112=121

1112=12321

11112=1234321

111112=123454321

1111112=12345654321

……

由以上例子可以看出這樣一個規律;求由n個1組成的數的平方,先由1寫到n,再由n寫到1,即:

11…1(n個1)2=1234…(n-1)n(n-1)…4321

注意:其中n只占一個數位,滿10應向前進位,當然,這樣的速算不宜位數過多。

由n個3組成的數的平方

我們仍觀察具體實例:

32=9

332=1089

3332=110889

33332=11108889

333332=1111088889

由此可知:

33…3(n個3)2=11…11[(n-1)個1]088…88[(n-1)個8]9

個位是5的數的平方

把a看作10的個數,這樣個位數字是5的數的平方可以寫成;(10a+5)2的形式。根據完全平方式推導;

=

=

=

由此可知:個位數字是5的數的平方,等于去掉個位數字后,所得的數與比這個數大1的數相乘的積,后面再寫上25。

科學記數法

一個絕對值大于等于1的數可以寫成(其中,,且n為正整數)的形式叫做科學記數法例如:、

當是負整數指數冪的時候,絕對值小于1的數也可以用科學記數法表示。例如:,即絕對值小于1的數也可以用科學記數法表示為的形式,其中,是正整數。

任何非0實數的0次方都等于1。

自然數乘方

注意:只能用于求底數、指數均為自然數,且冪不大于2147483647的乘方運算,否則會出錯.

var?a,b,c,i:longint;{longint的范圍較大,為[-2147483648,2147483647]上所有整數}beginc:=1;{因為正整數的0次方均為1}readln(a,b);{輸入底數,指數}if?(a=0)?and?(b=0)?then?writeln('無效輸入');{0的0次方無意義}for?i:=1?to?b?do?c:=c*a;{for循環實現計算c=a^b}writeln(c);{輸出c}end.

參考資料 >

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