Степінь з раціональним показником
~15 хв · 8 розділів · 10 тестових запитань
Частина кар’єрної траєкторії НМТ 2027: 3 обов’язкові + фізика.
Перетворення степенів з дробовим показником на корені й назад, обчислення значень виразів виду a^(m/n) та спрощення степеневих добутків і часток за властивостями степенів.
Степінь з раціональним (дробовим) показником — це узагальнення поняття степеня на випадок, коли показник є дробом. Означення пов'язує степінь і корінь: підносити число до дробового степеня означає добувати корінь і підносити до степеня одночасно.
Формула означення
Для будь-якого додатного числа a, цілого числа m і натурального n (n ≥ 2):
a^(m/n) = ⁿ√(aᵐ)
Цю формулу ти знайдеш у довідці на НМТ. Вона означає, що знаменник дробового показника стає показником кореня, а чисельник — показником степеня підкореневого виразу.
Окремий випадок: 0^(m/n) = 0, якщо m/n > 0 (тобто степінь додатний).
Чому основа має бути додатною?
За означенням степінь з дробовим показником розглядають лише для додатної основи. Чому? Розгляньмо приклад.
Ти знаєш, що ∛(−8) = −2, бо (−2)³ = −8. Здавалося б, (−8)^(1/3) теж має дорівнювати −2. Однак показник 1/3 можна записати як 2/6, адже 1/3 = 2/6. Тоді:
(−8)^(2/6) = ⁶√((−8)²) = ⁶√64 = 2
Отримуємо два різні значення для того самого числа: (−8)^(1/3) дало б −2, а (−8)^(2/6) дає 2. Щоб уникнути такої суперечності, математики домовилися: вираз a^(m/n) визначений лише для a > 0. Тому (−8)^(1/3) на НМТ не розглядають, хоча ∛(−8) = −2 — це різні поняття.
Перехід між записами: корінь ↔ степінь
Уміти переходити від кореня до степеня й навпаки — ключова навичка. Ось основні перетворення:
Запис із коренем | Степінь | Пояснення |
|---|---|---|
√x | x^(1/2) | квадратний корінь — степінь 1/2 |
∛(x²) | x^(2/3) | корінь 3-го степеня з x² |
1/⁴√(x³) | x^(−3/4) | від'ємний показник — дріб у знаменнику |
x√x | x^(3/2) | x · x^(1/2) = x^(1 + 1/2) |
Десятковий показник — звичайний дріб
Якщо показник записано десятковим дробом, спершу перетвори його на звичайний:
Десятковий дріб | Звичайний дріб |
|---|---|
0,5 | 1/2 |
0,25 | 1/4 |
0,75 | 3/4 |
1,5 | 3/2 |
0,4 | 2/5 |
Наприклад, 32^(0,4) = 32^(2/5) = (⁵√32)² = 2² = 4.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Обчислюючи значення степеня з дробовим показником, дотримуйся простого правила: спершу добуваємо корінь, потім підносимо до степеня. Це дає менші числа й зменшує ризик помилки.
Спершу корінь, потім степінь
Розгляньмо кілька прикладів:
8^(2/3) = (∛8)² = 2² = 4. Спочатку добули кубічний корінь з 8 (отримали 2), потім піднесли до квадрата.
16^(3/4) = (⁴√16)³ = 2³ = 8. Корінь четвертого степеня з 16 дорівнює 2, далі 2³ = 8.
32^(0,4) = 32^(2/5) = (⁵√32)² = 2² = 4. Перевели 0,4 у дріб 2/5, добули корінь п'ятого степеня, піднесли до квадрата.
Від'ємний показник
Від'ємний дробовий показник означає: спершу обчисли додатний степінь, потім візьми обернене число.
27^(−1/3) = 1 / (∛27) = 1/3. Кубічний корінь з 27 — це 3, обернене число — 1/3.
(1/4)^(−1/2) = 1 / (√(1/4)) = 1 / (1/2) = 2. Або простіше: (1/4)^(−1/2) = 4^(1/2) = 2.
0,25^(−1,5) = (1/4)^(−3/2) = 4^(3/2) = (√4)³ = 2³ = 8. Перевели десятковий дріб у звичайний, скористалися властивістю оберненого числа.
Зведення до однієї основи
Коли у виразі є різні основи, спробуй звести їх до однієї. Наприклад:
9^(1,5) · 3⁻² = 9^(3/2) · 3⁻² = (√9)³ · 3⁻² = 3³ · 3⁻² = 3^(3−2) = 3¹ = 3.
4^(0,5) + 8^(1/3) = √4 + ∛8 = 2 + 2 = 4.
Відповідь десятковим дробом
На НМТ у завданнях № 19–22 відповідь записують десятковим дробом. Тому, обчисливши вираз, подай результат саме в такому вигляді:
100^(−1/2) = 1/√100 = 1/10 = 0,1.
16^(−1/4) = 1/⁴√16 = 1/2 = 0,5.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Для степенів з раціональним показником діють ті самі властивості, що й для степенів з цілим показником. Єдина умова: основи додатні (a > 0, b > 0).
Основні властивості
Властивість | Формула | Приклад |
|---|---|---|
Добуток степенів | a^p · a^q = a^(p+q) | x^(1/2) · x^(1/3) = x^(5/6) |
Частка степенів | a^p : a^q = a^(p−q) | a^(3/4) : a^(1/4) = a^(1/2) |
Степінь степеня | (a^p)^q = a^(pq) | (x^(5/6))⁶ = x⁵ |
Степінь добутку | (ab)^p = a^p · b^p | (4x)^(1/2) = 2 · x^(1/2) |
Степінь частки | (a/b)^p = a^p / b^p | (x/9)^(1/2) = √x / 3 |
Спрощення виразів: покрокові приклади
Розгляньмо кілька виразів, які потребують застосування властивостей.
Приклад А. (x^(1/2) · x^(1/3))⁶, x > 0.
Спочатку додаємо показники в дужках: x^(1/2 + 1/3) = x^(3/6 + 2/6) = x^(5/6). Потім підносимо до 6-го степеня: (x^(5/6))⁶ = x^(5/6 · 6) = x⁵.
Приклад Б. √x · ∛x, x > 0.
Переходимо до степенів: √x = x^(1/2), ∛x = x^(1/3). Додаємо: x^(1/2 + 1/3) = x^(5/6).
Приклад В. a^(3/4) : a^(1/4), a > 0.
Віднімаємо показники: a^(3/4 − 1/4) = a^(2/4) = a^(1/2) = √a.
Корені різних степенів через степені
Перехід до степенів дає змогу множити й ділити корені різних степенів, не шукаючи спільний показник кореня:
√2 · ∛2 = 2^(1/2) · 2^(1/3) = 2^(5/6) = ⁶√32.
∛(x√x) = (x · x^(1/2))^(1/3) = (x^(3/2))^(1/3) = x^(3/2 · 1/3) = x^(1/2) = √x.
Формули скороченого множення зі степенями
Формули скороченого множення працюють і з дробовими показниками. Наприклад, різниця квадратів:
(a^(1/2) − b^(1/2))(a^(1/2) + b^(1/2)) = (a^(1/2))² − (b^(1/2))² = a − b.
Це дає змогу спрощувати дроби на кшталт:
(x − 1) / (x^(1/2) − 1) = ( (x^(1/2))² − 1² ) / (x^(1/2) − 1) = x^(1/2) + 1, де x > 0, x ≠ 1.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Розгляньмо типові завдання НМТ на цю тему. Кожен приклад супроводжується покроковим розв'язанням і поясненням, чому інші варіанти відповіді неправильні.
Приклад 1. Обчислити 8^(2/3) · 27^(−1/3)
Завдання: Обчисли значення виразу 8^(2/3) · 27^(−1/3).
Розв'язання:
8^(2/3) = (∛8)² = 2² = 4.
27^(−1/3) = 1 / ∛27 = 1/3.
4 · 1/3 = 4/3.
Відповідь: 4/3.
Чому інші варіанти неправильні:
12 — якщо 27^(−1/3) помилково взяти за 3 (не врахували від'ємний показник).
3/4 — переплутано чисельник і знаменник у результаті.
−12 — від'ємний показник помилково трактовано як від'ємне число.
16/9 — правильний результат 4/3 помилково піднесено до квадрата: (4/3)² = 16/9.
Приклад 2. Обчислити 16^(0,75) − 27^(2/3) + 0,25^(−0,5)
Завдання: Обчисли значення виразу 16^(0,75) − 27^(2/3) + 0,25^(−0,5). Відповідь запиши десятковим дробом.
Розв'язання:
16^(0,75) = 16^(3/4) = (⁴√16)³ = 2³ = 8.
27^(2/3) = (∛27)² = 3² = 9.
0,25^(−0,5) = (1/4)^(−1/2) = 4^(1/2) = √4 = 2.
8 − 9 + 2 = 1.
Відповідь: 1 (або 1,0).
Зверни увагу: десяткові показники 0,75 і 0,5 переведено у звичайні дроби 3/4 і 1/2. Від'ємний показник −0,5 спершу дав додатний степінь, а потім — обернене число.
Приклад 3. Спростити (x^(1/2) · x^(1/3))⁶, x > 0
Завдання: Спрости вираз (x^(1/2) · x^(1/3))⁶, де x > 0.
Розв'язання:
У дужках: x^(1/2) · x^(1/3) = x^(1/2 + 1/3) = x^(3/6 + 2/6) = x^(5/6).
Підносимо до 6-го степеня: (x^(5/6))⁶ = x^(5/6 · 6) = x⁵.
Відповідь: x⁵.
Чому інші варіанти неправильні:
x — показники 1/2 і 1/3 перемножено замість додавання (1/2 · 1/3 = 1/6, а потім 1/6 · 6 = 1).
x^(5/6) — не піднесли до 6-го степеня вираз у дужках.
x⁶ — показник у дужках помилково взято за 1: (x¹)⁶ = x⁶.
x^(5/36) — показник 5/6 поділено на 6 замість множення: 5/6 · 1/6 = 5/36.
Приклад 4. Подати ∛(a²) · √a (a > 0) як степінь з основою a
Завдання: Подай вираз ∛(a²) · √a (a > 0) у вигляді степеня з основою a.
Розв'язання:
∛(a²) = a^(2/3).
√a = a^(1/2).
a^(2/3) · a^(1/2) = a^(2/3 + 1/2) = a^(4/6 + 3/6) = a^(7/6).
Відповідь: a^(7/6).
Чому інші варіанти неправильні:
a^(1/3) — показники 2/3 і 1/2 перемножено замість додавання.
a^(3/5) — додано окремо чисельники (2 + 1 = 3) і знаменники (3 + 2 = 5), що неправильно.
a^(7/12) — показники зведено до спільного знаменника 6, але помилково записано 12.
a^(4/3) — 2/3 + 1/2 помилково обчислено як 2/3 + 2/3 = 4/3.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
На НМТ учні часто припускаються однотипних помилок у завданнях зі степенями. Ось найпоширеніші пастки та способи їх уникнути.
16^(3/4) рахують як 16 · 3/4 = 12. Це груба помилка: дробовий показник — не множник, а корінь і степінь. Правильно: (⁴√16)³ = 2³ = 8.
Плутають чисельник і знаменник показника: 8^(2/3) = √(8³). Насправді знаменник (3) — показник кореня, чисельник (2) — показник степеня. Правильно: 8^(2/3) = (∛8)².
Від'ємний показник дає від'ємне число: 27^(−1/3) = −3. Від'ємний показник означає обернене число, а не від'ємне значення. Правильно: 27^(−1/3) = 1/∛27 = 1/3.
Під час множення степенів показники перемножують: x^(1/2) · x^(1/3) = x^(1/6). Показники додають, а не множать. Правильно: x^(1/2) · x^(1/3) = x^(1/2 + 1/3) = x^(5/6).
Від'ємну основу підставляють у a^(m/n): (−8)^(2/3) обчислюють як звичайний степінь. За означенням степінь з дробовим показником визначений лише для додатної основи. Вираз (−8)^(2/3) на НМТ не розглядають.
Десятковий показник 0,75 не переводять у 3/4. Без переходу до звичайного дробу обчислити степінь практично неможливо. Завжди перетворюй: 0,75 = 3/4, 0,5 = 1/2, 0,4 = 2/5.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Тема «Степінь з раціональним показником» входить до програми НМТ з математики в двох підтемах:
Тема 1.1 — означення степеня з раціональним показником і його властивості.
Тема 1.3 — перетворення степеневих виразів.
Формат завдань
Номери | Тип | Бали | Що перевіряють |
|---|---|---|---|
№ 4–15 | Вибір однієї відповіді з п'яти (А–Д) | 0 або 1 бал | Обчислити значення або подати вираз як степінь |
№ 19–22 | Коротка відповідь (число) | 0 або 2 бали | Обчислити, відповідь — десятковий дріб |
У довідці, яку ти отримаєш на НМТ, є формула a^(m/n) = ⁿ√(aᵐ). Решту перетворень виконуй за властивостями степенів, які також можна знайти в довідці.
Стратегія виконання
Уважно прочитай завдання: чи треба обчислити значення, чи спростити вираз.
Якщо показник — десятковий дріб, одразу перетвори його на звичайний.
Для обчислення спершу добувай корінь, потім піднось до степеня.
У завданнях № 19–22 записуй відповідь десятковим дробом (наприклад, 0,5 замість 1/2).
Перевіряй, чи основа додатна — вираз із від'ємною основою та дробовим показником не розглядають.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Чому основа степеня з дробовим показником має бути додатною?
Тому що інакше виникає суперечність. Наприклад, (−8)^(1/3) = ∛(−8) = −2, але той самий показник 1/3 можна записати як 2/6. Тоді (−8)^(2/6) = ⁶√((−8)²) = ⁶√64 = 2. Два різні значення для одного числа — це неприпустимо. Тому математики домовилися: степінь з дробовим показником визначений лише для додатної основи.
Що обчислювати спочатку: корінь чи степінь?
Завжди спершу добувай корінь, потім піднось до степеня. Наприклад, у виразі 8^(2/3) спочатку знайди ∛8 = 2, а потім 2² = 4. Це дає менші проміжні числа й зменшує ризик помилки. Можна й навпаки: 8² = 64, потім ∛64 = 4 — результат той самий, але числа більші.
Як піднести число до степеня 0,75?
Спершу перетвори десятковий дріб 0,75 на звичайний: 0,75 = 3/4. Тепер маєш a^(3/4). Далі за означенням: a^(3/4) = (⁴√a)³. Наприклад, 16^(0,75) = 16^(3/4) = (⁴√16)³ = 2³ = 8.
Чи однакові властивості в степенів з цілим і з дробовим показником?
Так, властивості однакові: a^p · a^q = a^(p+q), a^p : a^q = a^(p−q), (a^p)^q = a^(pq), (ab)^p = a^p · b^p, (a/b)^p = a^p / b^p. Єдина відмінність: для дробових показників основа обов'язково має бути додатною (a > 0, b > 0).
Як записати 1/√x у вигляді степеня?
Спочатку √x = x^(1/2). Тоді 1/√x = 1 / x^(1/2) = x^(−1/2). Від'ємний показник означає обернене число. Загальне правило: 1 / ⁿ√(xᵐ) = x^(−m/n).
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
a^(m/n) = ⁿ√(aᵐ): знаменник показника — показник кореня, чисельник — показник степеня підкореневого виразу.
Основа степеня з дробовим показником обов'язково додатна (a > 0). Вираз (−8)^(1/3) не розглядають.
Обчислюючи значення, спершу добувай корінь, потім піднось до степеня.
Властивості степенів з дробовим показником — ті самі, що й для цілих показників.
Десятковий показник переводи у звичайний дріб: 0,75 = 3/4; 0,5 = 1/2; 0,4 = 2/5.
Від'ємний дробовий показник дає обернене число: a^(−m/n) = 1 / a^(m/n).
Відповідь у завданнях № 19–22 записуй десятковим дробом.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Перевірте себе на цьому юніті
Спробуйте ці 5 запитань — оберіть відповідь, щоб побачити, чи ви праві й чому. Приєднайтеся, щоб пройти повний тест юніту, який іде в глибину по цьому юніту.
1. Укажіть вираз, який НЕ визначений у множині дійсних чисел.
2. Спростіть вираз √x · ∛x, де x > 0. Відповідь запишіть як степінь з основою x.
3. Обчисліть 0,25^(−1,5).
4. Подайте вираз ∛(a²) · √a (a > 0) як степінь з основою a.
5. Як записати вираз √a у вигляді степеня з раціональним показником?
Це лише дрібка самоперевірки — повний тест юніту йде в глибину й використовує всі 10 запитань цього юніта і точно визначає, що вивчати.
Приєднатися, щоб пройти тест