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乘方

乘方是指求n个相同因数乘积的运算,乘方的结果为幂(power)。在aⁿ中,a为底数(base number),n为指数(exponent)。aⁿ是a的n次乘方的结果,可读作“a的n次幂”或“a的n次方”。

“乘方”在中国古代数学中又称“增乘开方法”,早在《九章算术》中便已记载开平方、开立方的开方方法。中国宋代学者贾宪曾作“开方作法本源图”,附有用增乘方法来进行计算的“增乘方求廉法草”,现代学者钱宝琮将此“求廉草〞整理为开一至六次幂所需用的各廉。法国学者皮耶·德·费玛数论领域的研究涉及数的乘方的和,他认为每一个整数都可以被写成四个平方数之和。

乘方在现实生活中的运用较为广泛。如在计算物体的面积或体积时会用到2次方和3次方。而静电作用、万有引力和磁性作用、声光的强弱等都和距离的2次方成反比。另外,在天体的运行中,行星围绕太阳以及卫星围绕行星的旋转周期的2次方与旋转中心间距的3次方有线性关系

定义

一个数都可以看作自己本身的一次方,指数1通常省略不写。在写分数和负数的n次方时要加括号四则运算顺序:先乘方,再括号(先小括号,再中括号,最后大括号),接乘除,尾加减。

计算一个数的小数次方,如果那个小数是有理数,就把它化为(即分数)的形式。特别的,除0以外的任何数的0次方均等于1。0的非正指数幂没有意义。注:下面的讨论中,底数均不为0。

常用公式

同底数幂法则

同底数幂相乘除,原来的底数作底数,指数的和或差作指数。

例如:

1);

2);

3)

推导示例:

设中,m=2,n=4,那么

=

=

=

=

正整数指数幂法则

,其中*(即k为正整数)

指数为0幂法则

,其中,*

推导:

=

=

=1

负整数指数幂法则

,其中,*

推导:

=

=

=

正分数指数幂法则

,其中,,*(即m,n为正整数)

负分数指数幂法则

,其中,,,,*

推导:

=

=

=

=1/

=

分数指数幂时,当*,且时,则该数在实数范围内无意义

特别地,0的非正数指数幂没有意义

平方差

两数和乘两数差等于它们的平方差。

用字母表示为:

推导:

=

=

=

分数的乘方法则

证明:

=

=

幂的乘方法则

幂的乘方,底数不变,指数相乘。

用字母表示为:

特别指出:

积的乘方

积的乘方,先把积中的每一个因数分别乘方,再把所得的幂相乘。

用字母表示为:

这个积的乘方法则也适用于三个以上乘数积的乘方。如:

同指数幂乘法

同指数幂相乘,指数不变,底数相乘。

用字母表示为:

完全平方

两数和(或差)的平方,等于它们的平方的和加上(或者减去)它们的积的2倍。

用字母表示为:

我们一般把它叫作完全平方公式。

多项式平方

二项式

艾萨克·牛顿发现了二项式。二项式是乘方里的复杂运算。右图为二项式计算法则。一般来说,二项式的各项系数按排列顺序也可以这样表示:

1

11

121

1331

14641

15101051

………………

这就是著名的杨辉三角

符号法则

(1)负数的偶次幂是正数,负数的奇数幂是负数。

(2)正数的任何次幂都是正数。

(3)0的任何正数次幂都是0。

速算

有些较特殊的数的平方,掌握规律后,可以使计算速度加快,现介绍如下。

由n个1组成的数的平方

我们观察下面的例子。

1²=1

11²=121

111²=12321

1111²=1234321

11111²=123454321

111111²=12345654321

……

由以上例子可以看出这样一个规律;求由n个1组成的数的平方,先由1写到n,再由n写到1,即:

11…1(n个1)²=1234…(n-1)n(n-1)…4321

注意:其中n只占一个数位,满10应向前进位,当然,这样的速算不宜位数过多。

由n个3组成的数的平方

我们仍观察具体实例:

3²=9

33²=1089

333²=110889

3333²=11108889

33333²=1111088889

由此可知:

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

个位是5的数的平方

把a看作10的个数,这样个位数字是5的数的平方可以写成;(10a+5)²的形式。根据完全平方式推导;

=

=

=

由此可知:个位数字是5的数的平方,等于去掉个位数字后,所得的数与比这个数大1的数相乘的积,后面再写上25。

科学记数法

一个绝对值大于等于1的数可以写成(其中,,且n为正整数)的形式叫做科学记数法例如:、

当是负整数指数幂的时候,绝对值小于1的数也可以用科学记数法表示。例如:,即绝对值小于1的数也可以用科学记数法表示为的形式,其中,是正整数。

任何非0实数的0次方都等于1。

自然数乘方

注意:只能用于求底数、指数均为自然数,且幂不大于2147483647的乘方运算,否则会出错.

var a,b,c,i:longint;{longint的范围较大,为[-2147483648,2147483647]上所有整数}beginc:=1;{因为正整数的0次方均为1}readln(a,b);{输入底数,指数}if (a=0) and (b=0) then writeln('无效输入');{0的0次方无意义}for i:=1 to b do c:=c*a;{for循环实现计算c=a^b}writeln(c);{输出c}end.

参考资料