Stepen sa racionalnim izložiocem

Stepenovanje sa racionalnim izložiocem

Uvod

Već znamo šta znači ana^n kada je nn prirodan broj, nula ili negativan ceo broj. Ali šta znači 4124^{\frac{1}{2}} ili 8238^{\frac{2}{3}}? U ovoj lekciji proširujemo pojam stepena na razlomačke (racionalne) izložioce i otkrivamo vezu između stepenovanja i korenovanja koja nam otvara nove mogućnosti uprošćavanja složenih izraza.


Sadržaj

  1. Veza između stepena i korena
  2. Negativni racionalni izložilac
  3. Decimalni izložilac
  4. Pravila stepenovanja za racionalne izložioce
  5. Svodjenje osnove na stepen prostog broja
  6. Koren iz korena
  7. Smena radi uprošćavanja
  8. Najvažnije formule

1. Veza između stepena i korena

Svaki stepen sa racionalnim izložiocem može se zapisati kao koren:

a1n=ana^{\frac{1}{n}} = \sqrt[n]{a}

amn=amn=(an)ma^{\frac{m}{n}} = \sqrt[n]{a^m} = \left(\sqrt[n]{a}\right)^m

(1625)12=1625=1625=45\left(\frac{16}{25}\right)^{\frac{1}{2}} = \sqrt{\frac{16}{25}} = \frac{\sqrt{16}}{\sqrt{25}} = \frac{4}{5}

813=83=28^{\frac{1}{3}} = \sqrt[3]{8} = 2

3225=3225=(325)2=22=432^{\frac{2}{5}} = \sqrt[5]{32^2} = \left(\sqrt[5]{32}\right)^2 = 2^2 = 4


2. Negativni racionalni izložilac

Kombinujemo pravilo za negativan stepen sa definicijom racionalnog izložioca:

amn=1amn=1amna^{-\frac{m}{n}} = \frac{1}{a^{\frac{m}{n}}} = \frac{1}{\sqrt[n]{a^m}}

Za razlomke kao osnovu, negativan izložilac okreće razlomak:

(ab)mn=(ba)mn\left(\frac{a}{b}\right)^{-\frac{m}{n}} = \left(\frac{b}{a}\right)^{\frac{m}{n}}

2532=12532=1(52)32=153=112525^{-\frac{3}{2}} = \frac{1}{25^{\frac{3}{2}}} = \frac{1}{(5^2)^{\frac{3}{2}}} = \frac{1}{5^3} = \frac{1}{125}

(127)43=2743=(33)43=34=81\left(\frac{1}{27}\right)^{-\frac{4}{3}} = 27^{\frac{4}{3}} = (3^3)^{\frac{4}{3}} = 3^4 = 81

(14)32=432=(22)32=23=8\left(\frac{1}{4}\right)^{-\frac{3}{2}} = 4^{\frac{3}{2}} = (2^2)^{\frac{3}{2}} = 2^3 = 8


3. Decimalni izložilac

Decimalni izložilac uvek prvo pretvaramo u razlomak.

Izračunati 0,250,50{,}25^{-0{,}5}:

0,25=14,0,5=120{,}25 = \frac{1}{4}, \qquad -0{,}5 = -\frac{1}{2}

(14)12=412=4=2\left(\frac{1}{4}\right)^{-\frac{1}{2}} = 4^{\frac{1}{2}} = \sqrt{4} = 2

Izračunati (1256)0,375\left(\dfrac{1}{256}\right)^{0{,}375}:

0,375=38,1256=280{,}375 = \frac{3}{8}, \qquad \frac{1}{256} = 2^{-8}

(28)38=23=18(2^{-8})^{\frac{3}{8}} = 2^{-3} = \frac{1}{8}


4. Pravila stepenovanja za racionalne izložioce

Sva pravila koja važe za cele izložioce važe i za racionalne:

PraviloFormula
Množenje istih osnovaamnapq=amn+pqa^{\frac{m}{n}} \cdot a^{\frac{p}{q}} = a^{\frac{m}{n} + \frac{p}{q}}
Deljenje istih osnovaamn:apq=amnpqa^{\frac{m}{n}} : a^{\frac{p}{q}} = a^{\frac{m}{n} - \frac{p}{q}}
Stepen stepena(amn)pq=amnpq\left(a^{\frac{m}{n}}\right)^{\frac{p}{q}} = a^{\frac{m}{n} \cdot \frac{p}{q}}
Stepen proizvoda(ab)mn=amnbmn(ab)^{\frac{m}{n}} = a^{\frac{m}{n}} \cdot b^{\frac{m}{n}}

Uprostiti x32y45z56:(x54y23z712)x^{\frac{3}{2}} \cdot y^{\frac{4}{5}} \cdot z^{\frac{5}{6}} : (x^{\frac{5}{4}} \cdot y^{\frac{2}{3}} \cdot z^{\frac{7}{12}}):

x3254y4523z56712=x14y215z14x^{\frac{3}{2} - \frac{5}{4}} \cdot y^{\frac{4}{5} - \frac{2}{3}} \cdot z^{\frac{5}{6} - \frac{7}{12}} = x^{\frac{1}{4}} \cdot y^{\frac{2}{15}} \cdot z^{\frac{1}{4}}


5. Svodjenje osnove na stepen prostog broja

Ovo je ključna tehnika za izračunavanje konkretnih vrednosti. Osnovu zapisujemo kao stepen prostog broja, a zatim množimo izložioce.

Kada vidiš broj kao osnovu, odmah proveri da li ga možeš zapisati kao stepen nekog manjeg broja: 4=224 = 2^2, 8=238 = 2^3, 27=3327 = 3^3, 32=2532 = 2^5, 64=2664 = 2^6, 243=35243 = 3^5, 1024=2101024 = 2^{10}.

Izračunati (13)10273+0,24252+(6419)3\left(\dfrac{1}{3}\right)^{-10} \cdot 27^{-3} + 0{,}2^{-4} \cdot 25^{-2} + (64^{-\frac{1}{9}})^{-3}:

Sabirak 1: 310(33)3=31039=31=33^{10} \cdot (3^3)^{-3} = 3^{10} \cdot 3^{-9} = 3^1 = 3

Sabirak 2: (15)4(52)2=5454=50=1\left(\frac{1}{5}\right)^{-4} \cdot (5^2)^{-2} = 5^4 \cdot 5^{-4} = 5^0 = 1

Sabirak 3: (6419)3=6413=(26)13=22=4(64^{-\frac{1}{9}})^{-3} = 64^{\frac{1}{3}} = (2^6)^{\frac{1}{3}} = 2^2 = 4

3+1+4=83 + 1 + 4 = 8


6. Koren iz korena

Pravilo za koren iz korena:

amn=anm=a1nm\sqrt[n]{\sqrt[m]{a}} = \sqrt[n \cdot m]{a} = a^{\frac{1}{nm}}

Kada vidiš ugnježdene korene, odmah ih pretvori u stepene sa racionalnim izložiocima. Tada jednostavno množiš izložioce i sve spaja u jedan stepen.

Uprostiti a3a23\sqrt[3]{\sqrt{a}} \cdot \sqrt{\sqrt[3]{a^2}}:

a32a223=a6a26=a36=a\sqrt[3 \cdot 2]{a} \cdot \sqrt[2 \cdot 3]{a^2} = \sqrt[6]{a} \cdot \sqrt[6]{a^2} = \sqrt[6]{a^3} = \sqrt{a}

Uprostiti xxxx3xx3x\sqrt{x\sqrt{x\sqrt[3]{x}}} \cdot \sqrt[3]{x\sqrt{x}}:

Prevodimo sve u stepene i sabiramo izložioce:

x1x12x14x112x13x16=x12+6+3+1+4+212=x2812=x73=x2x3x^1 \cdot x^{\frac{1}{2}} \cdot x^{\frac{1}{4}} \cdot x^{\frac{1}{12}} \cdot x^{\frac{1}{3}} \cdot x^{\frac{1}{6}} = x^{\frac{12+6+3+1+4+2}{12}} = x^{\frac{28}{12}} = x^{\frac{7}{3}} = x^2\sqrt[3]{x}


7. Smena radi uprošćavanja

Kada se u izrazu pojave složeni izložioci, posebno ako se među njima uoči određena pravilnost ili veza, može se uvesti smena za taj izložilac. Na taj način se izložilac pojednostavljuje, a ceo izraz prelazi u oblik koji je lakši za sređivanje.

Ideja je da izabereš smenu tako da svi stepenei postanu celi brojevi.

Ako imaš izraze x1/4x^{1/4}, x1/2x^{1/2}, x3/4x^{3/4}, xx, primeti da su svi stepenei višekratnici od 14\frac{1}{4}. Zato uzmeš:

t=x14t=x^{\frac{1}{4}}

Tada se sve lepo “pretvori”:

x1/2=(x1/4)2=t2x^{1/2} = (x^{1/4})^2 = t^2

x3/4=(x1/4)3=t3x^{3/4} = (x^{1/4})^3 = t^3

x=(x1/4)4=t4x = (x^{1/4})^4 = t^4

Uprostiti xyx3/4+x1/2y1/4x1/2y1/4+x1/4y1/2x1/2+y1/2x1/4y1/4x1/22x1/4y1/4+y1/2\dfrac{x - y}{x^{3/4} + x^{1/2}y^{1/4}} \cdot \dfrac{x^{1/2}y^{1/4} + x^{1/4}y^{1/2}}{x^{1/2} + y^{1/2}} \cdot \dfrac{x^{1/4}y^{1/4}}{x^{1/2} - 2x^{1/4}y^{1/4} + y^{1/2}}:

Uvedemo a=x1/4a = x^{1/4}, b=y1/4b = y^{1/4}, pa je x=a4x = a^4, y=b4y = b^4, xy=a4b4x - y = a^4 - b^4:

(a2b2)(a2+b2)a2(a+b)ab(a+b)a2+b2ab(ab)2=b2(a+b)ab\frac{(a^2 - b^2)(a^2 + b^2)}{a^2(a + b)} \cdot \frac{ab(a + b)}{a^2 + b^2} \cdot \frac{ab}{(a - b)^2} = \frac{b^2(a + b)}{a - b}

Vraćamo smenu: y1/2(x1/4+y1/4)x1/4y1/4\dfrac{y^{1/2}(x^{1/4} + y^{1/4})}{x^{1/4} - y^{1/4}}.


8. Rezime najvažnijih formula

FormulaNapomena
a1n=ana^{\frac{1}{n}} = \sqrt[n]{a}Osnovna definicija
amn=amna^{\frac{m}{n}} = \sqrt[n]{a^m}Opšti slučaj
amn=1amna^{-\frac{m}{n}} = \dfrac{1}{\sqrt[n]{a^m}}Negativni racionalni izložilac
amn=anm\sqrt[n]{\sqrt[m]{a}} = \sqrt[nm]{a}Koren iz korena
(amn)pq=ampnq(a^{\frac{m}{n}})^{\frac{p}{q}} = a^{\frac{mp}{nq}}Stepen stepena
amnapq=amq+npnqa^{\frac{m}{n}} \cdot a^{\frac{p}{q}} = a^{\frac{mq + np}{nq}}Množenje sa istom osnovom

Zadaci za vežbanje iz oblasti: Stepen sa racionalnim izložiocem

Izračunati vrednost datog brojevnog izraza sa stepenom čiji je izložilac razlomak:

(1625)12\left(\frac{16}{25}\right)^{\frac{1}{2}}
Uvodni

Izračunati vrednost stepena sa negativnim racionalnim eksponentom:

253225^{-\frac{3}{2}}
Uvodni

Izračunati vrednost datog brojevnog izraza sa stepenom:

(127)43\left(\frac{1}{27}\right)^{-\frac{4}{3}}
Uvodni

Izračunati vrednost datog brojevnog izraza sa stepenom:

0,250,50,25^{-0,5}
Uvodni

Izračunati vrednost datog brojevnog izraza:

(1256)0,375\left(\frac{1}{256}\right)^{0,375}
Uvodni

Izračunati vrednost datog brojevnog izraza koristeći pravila stepenovanja:

(11024)25\left(\frac{1}{1024}\right)^{-\frac{2}{5}}
Uvodni

Izračunati vrednost datog brojevnog izraza primenom pravila o stepenovanju:

(14)32+(827)23\left(\frac{1}{4}\right)^{-\frac{3}{2}} + \left(\frac{8}{27}\right)^{\frac{2}{3}}
Uvodni

Izračunati vrednost datog brojevnog izraza koristeći pravila za stepenovanje:

(916)110:(43)45\left(\frac{9}{16}\right)^{-\frac{1}{10}} : \left(\frac{4}{3}\right)^{-\frac{4}{5}}
Uvodni

Izračunati vrednost datog brojevnog izraza koristeći pravila za stepenovanje:

(13)10273+0,24252+(6419)3\left(\frac{1}{3}\right)^{-10} \cdot 27^{-3} + 0,2^{-4} \cdot 25^{-2} + (64^{-\frac{1}{9}})^{-3}
Uvodni

Izračunati vrednost datog brojevnog izraza:

((316:(8+13)+125)141)4\left(\left(\frac{3}{16} : \left(8 + \frac{1}{3}\right) + \frac{1}{25}\right)^{-\frac{1}{4}} - 1\right)^{-4}
Uvodni