Skillnad mellan versioner av "Potenser"
Taifun (Diskussion | bidrag) m |
Taifun (Diskussion | bidrag) m |
||
(41 mellanliggande versioner av samma användare visas inte) | |||
Rad 1: | Rad 1: | ||
+ | __NOTOC__ | ||
{| border="0" cellspacing="0" cellpadding="0" height="30" width="100%" | {| border="0" cellspacing="0" cellpadding="0" height="30" width="100%" | ||
| style="border-bottom:1px solid #797979" width="5px" | | | style="border-bottom:1px solid #797979" width="5px" | | ||
− | {{Not selected tab|[[ | + | {{Not selected tab|[[Repetitioner från Matte 2| << Repetitioner]]}} |
{{Selected tab|[[Potenser|Genomgång]]}} | {{Selected tab|[[Potenser|Genomgång]]}} | ||
{{Not selected tab|[[Övningar till Potenser|Övningar]]}} | {{Not selected tab|[[Övningar till Potenser|Övningar]]}} | ||
+ | {{Not selected tab|[[1.1 Polynom|1:a avsnitt: Polynom >> ]]}} | ||
| style="border-bottom:1px solid #797979" width="100%"| | | style="border-bottom:1px solid #797979" width="100%"| | ||
|} | |} | ||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | + | <big>Potenser är ett repeterande underavsnitt i avsnittet [[1.1 Polynom|<b><span style="color:blue">Polynom</span></b>]]. Övningar till Potenser finns separat i fliken ovan.</big> | |
− | </ | + | == <b><span style="color:#931136">Repetition om potenser</span></b> == |
+ | <table> | ||
+ | <tr> | ||
+ | <td>[[Image: Potens Bas Exponent_80.jpg]]</td> | ||
+ | <td> <div class="border-divblue"> | ||
+ | <big>Exempel på potens: | ||
− | < | + | ::<math> 2\,^{\color{Red} 3} \; = \;\; \underbrace{2 \, \cdot \, 2 \, \cdot \, 2}_{{\color{Red} 3}\;\times} \; = \; 8</math> |
− | + | ||
− | + | <b><span style="color:#931136">Potens</span></b> = upprepad <b><span style="color:red">multiplikation</span></b> | |
− | + | ||
+ | av <math> \, 2 \, </math> med sig själv, <math> \, {\color{Red} 3} \, </math> gånger. | ||
+ | </big></div></td> | ||
+ | </tr> | ||
+ | </table> | ||
− | |||
− | |||
− | + | <big> | |
+ | <b><span style="color:red">OBS!</span></b> Förväxla inte begreppen<span style="color:black">:</span> <math> \, 2\,^3 \, </math> är själva potensen, medan <math> \, {\color{Red} 3} \, </math> är <b><span style="color:red">exponenten</span></b> och <math> \, {\color{green} 2}\, </math> förstås <b><span style="color:green">basen</span></b>. | ||
− | + | Exponenten <math> \, {\color{Red} 3} \, </math> är inget tal som ingår i beräkningen, utan endast en information om att<span style="color:black">:</span> | |
+ | <math> \, 2 \, </math> ska multipliceras <math> \, {\color{Red} 3} \, </math> gånger med sig själv, en förkortning för upprepad multiplikation (jfr. [http://mathonline.se:1800/index.php?title=1.2_R%C3%A4kneordning#Varf.C3.B6r_g.C3.A5r_multiplikation_f.C3.B6re_addition.3F <b><span style="color:blue">upprepad addition</span></b>]). | ||
+ | </big> | ||
− | |||
+ | <div class="exempel"> <!-- exempel1 --> | ||
+ | === <b><span style="color:#931136">Exempel</span></b> === | ||
+ | <big> | ||
+ | Förenkla<span style="color:black">:</span> <math> \qquad \displaystyle{2\,^3 \cdot \; 2\,^5 \over 2\,^4} </math> | ||
− | |||
− | |||
+ | <b><span style="color:#931136">Lösning:</span></b> <math> \qquad \displaystyle{{2\,^3 \cdot \; 2\,^5 \over 2\,^4} \, = \, {2 \cdot 2 \cdot 2 \quad \cdot \quad 2 \cdot 2 \cdot 2 \cdot 2 \cdot 2 \over 2 \cdot 2 \cdot 2 \cdot 2} \, = \, {2 \cdot 2 \cdot 2 \quad \cdot \quad 2 \cdot \cancel{2 \cdot 2 \cdot 2 \cdot 2} \over \cancel{2 \cdot 2 \cdot 2 \cdot 2}} \, = \, 2 \cdot 2 \cdot 2 \cdot 2 \, = \, 4 \cdot 4 \, = \, 16} </math> | ||
− | + | :::::::::::::::::OBS! Förenkla alltid först, räkna sedan! | |
− | + | ||
− | : | + | Snabbare<span style="color:black">:</span> <math> \qquad\!\! \displaystyle{{2\,^3 \cdot \; 2\,^5 \over 2\,^4} \, = \, 2\,^{3\,+\,5\,-\,4} \, = \, 2\,^4 \, = \, 2 \cdot 2 \cdot 2 \cdot 2 \, = \, 4 \cdot 4 \, = \, 16} </math> |
− | + | För att förstå den snabbare lösningen se [[Potenser#Potenslagarna|<b><span style="color:blue">Potenslagarna</span></b>]]. | |
+ | </big> | ||
+ | </div> <!-- exempel1 --> | ||
− | |||
− | + | <big>Generellt:</big> | |
− | + | == <b><span style="color:#931136">Potenser med positiva exponenter</span></b> == | |
− | + | <div class="ovnE"> | |
− | </ | + | Potensen <big><math> \, a\,^{\color{Red} x} \, </math></big> med <b><span style="color:red">positiv</span></b> exponent (<math> x \, </math> heltal <math> > 0 \, </math> och <math> \, a \, \neq 0 </math>) kan definieras som<span style="color:black">:</span> |
+ | :::<b>Upprepad multiplikation av <big><math> \, a \, </math></big> med sig själv, <math> \, {\color{Red} x} \, </math> gånger:</b> | ||
− | < | + | :::::<big><math> \quad a\,^{\color{Red} x} = \underbrace{a \cdot a \cdot a \cdot \quad \ \cdots \quad \cdot a}_{{\color{Red} x}\;{\rm gånger}} </math></big> |
− | + | </div> | |
− | </ | + | |
== <b><span style="color:#931136">Potenslagarna</span></b> == | == <b><span style="color:#931136">Potenslagarna</span></b> == | ||
− | |||
− | |||
− | |||
− | + | <div class="border-divblue"> | |
− | <div class="border- | + | |
<b><span style="color:#931136">Första potenslagen:</span></b> <big><math> \qquad\qquad\quad\;\, a^x \cdot a^y \; = \; a\,^{x \, + \, y} \qquad\qquad </math></big> | <b><span style="color:#931136">Första potenslagen:</span></b> <big><math> \qquad\qquad\quad\;\, a^x \cdot a^y \; = \; a\,^{x \, + \, y} \qquad\qquad </math></big> | ||
---- | ---- | ||
− | <b><span style="color:#931136">Andra potenslagen:</span></b> <big><math> \qquad\qquad\qquad\ | + | <b><span style="color:#931136">Andra potenslagen:</span></b> <big><math> \qquad\qquad\qquad\;\;\; \displaystyle {a^x \over a^y} \; = \; a\,^{x \, - \, y} \qquad\qquad </math></big> |
---- | ---- | ||
<b><span style="color:#931136">Tredje potenslagen:</span></b> <big><math> \qquad\qquad\qquad \displaystyle {(a^x)^y} \; = \; a\,^{x \, \cdot \, y} \qquad\qquad </math></big> | <b><span style="color:#931136">Tredje potenslagen:</span></b> <big><math> \qquad\qquad\qquad \displaystyle {(a^x)^y} \; = \; a\,^{x \, \cdot \, y} \qquad\qquad </math></big> | ||
---- | ---- | ||
− | <b><span style="color:#931136">Lagen om nollte potens:</span></b> <big><math> \qquad\qquad\ | + | <b><span style="color:#931136">Lagen om nollte potens:</span></b> <big><math> \qquad\qquad\quad\;\;\, a\,^0 \; = \; 1 \qquad\qquad </math></big> |
+ | ---- | ||
+ | <b><span style="color:#931136">Lagen om negativ exponent:</span></b> <big><math> \qquad\quad\;\;\; a\,^{-x} \; = \; \displaystyle {1 \over a\,^x} \qquad\qquad </math></big> | ||
---- | ---- | ||
− | <b><span style="color:#931136"> | + | <b><span style="color:#931136">Potens av en produkt:</span></b> <big><math> \qquad\qquad\;\, (a \cdot b)\,^x \; = \; a\,^x \cdot b\,^x \qquad\qquad </math></big> |
---- | ---- | ||
− | <b><span style="color:#931136"> | + | <b><span style="color:#931136">Potens av en kvot:</span></b> <big><math> \qquad\qquad\qquad\, \left(\displaystyle {a \over b}\right)^x \; = \; \displaystyle {a\,^x \over b\,^x} \qquad\qquad </math></big> |
+ | </div> | ||
− | |||
− | |||
+ | <big> | ||
+ | Dessa lagar gäller för potenser där baserna <math> \, a,\,b \, </math> är tal <math> \, \neq 0 \, </math> och exponenterna <math> \, x,\,y \, </math> är godtyckliga tal. | ||
+ | </big> | ||
− | |||
− | |||
− | |||
+ | <div class="exempel"> <!-- exempel2 --> | ||
+ | === <b><span style="color:#931136">Exempel på första potenslagen</span></b> === | ||
+ | <big> | ||
+ | Förenkla<span style="color:black">:</span> <big><math> \quad\;\; a\,^2 \, \cdot \, a\,^3 </math></big> | ||
− | |||
− | |||
− | + | <b><span style="color:#931136">Lösning:</span></b> | |
− | ::::<big><math> a^ | + | ::::<big><math> a\,^2 \cdot a\,^3 \; = \; \underbrace{a \cdot a}_{2\;\times} \; \cdot \; \underbrace{a \cdot a \cdot a}_{3\;\times} \; = \; \underbrace{a \cdot a \cdot a \cdot a \cdot a}_{{\color{Red} 5}\;\times} \; = \; a\,^{\color{Red} 5}</math></big> |
− | + | Snabbare: | |
− | + | ::::<big><math> a\,^2 \cdot a\,^3 \; = \; a\,^{2\,+\,3} = \; a\,^{\color{Red} 5} </math></big> | |
+ | </big> | ||
+ | </div> <!-- exempel2 --> | ||
− | |||
− | + | <big> | |
+ | Den snabbare lösningen ovan är ett exempel på den första potenslagen. Nedan följer ett exempel på den andra potenslagen. | ||
+ | </big> | ||
− | + | <div class="exempel"> <!-- exempel3 --> | |
+ | === <b><span style="color:#931136">Exempel på andra potenslagen</span></b> === | ||
+ | <big> | ||
− | ::::<big><math> \displaystyle {a^ | + | ::::<big><math> \displaystyle {a\,^{\color{Red} 5} \over a\,^{\color{Red} 3}} \; = \; {a \cdot a \cdot a \cdot a \cdot a \; \over \; a \cdot a \cdot a} \; = \; {a \cdot a \cdot \cancel{a \cdot a \cdot a} \; \over \; \cancel{a \cdot a \cdot a}} \; = \; a \cdot a \; = \; a\,^2 </math></big> |
− | + | Snabbare: | |
− | + | ::::<big><math> \displaystyle {a\,^{\color{Red} 5} \over a\,^{\color{Red} 3}} \; = \; a\,^{{\color{Red} {5\,-\,3}}} \; = \; a\,^2 </math></big> | |
+ | </big> | ||
+ | </div> <!-- exempel3 --> | ||
− | |||
− | + | <big> | |
− | < | + | Potensbegreppet definierades inledningsvis endast för positiva exponenter. Men den definitionen duger varken för negativa exponenter eller för exponenten <math> \, 0 \, </math>: |
+ | Antalet multiplikationer av basen med sig själv kan inte vara negativt eller <math> \, 0 \, </math>. Det behövs nya definitioner resp. slutsatser. | ||
+ | </big> | ||
− | |||
− | |||
+ | == <b><span style="color:#931136">Potenser med negativa exponenter</span></b> == | ||
+ | <div class="exempel"> | ||
+ | [[Image: Hur raknar du negativa exponenter 20.jpg]] | ||
+ | </div> | ||
− | |||
− | + | <table> | |
+ | <tr> | ||
+ | <td><div class="ovnC"> | ||
+ | <big>Potens med negativ exponent<span style="color:black">:</span> | ||
− | + | <math> \qquad \displaystyle 2\,^{\color{Red} {-3}} \; = \;\; \frac{1}{2\,^{\color{Red} {3}}} \; = \; \frac{1}{8} \quad </math> | |
− | + | ||
+ | <b><span style="color:red">Invertera</span></b> potensen med positiv exponent. | ||
− | + | ---- | |
− | + | ||
− | ::::<big><math> a^ | + | Att <b><span style="color:red">"invertera"</span></b> t.ex. <math> \, 10 \, </math> ger <math> \, \displaystyle {1 \over 10} \; </math>. |
+ | </big></div> | ||
+ | |||
+ | |||
+ | </td> | ||
+ | <td> <div class="ovnE"> | ||
+ | <big>Andra exempel<span style="color:black">:</span></big> | ||
+ | ::<math> \displaystyle{10\,^{-1} \, = \, {1 \over 10\,^1} \, = \, {1 \over 10} \, = \, 0,1} </math> | ||
+ | |||
+ | ::<math> \displaystyle{10\,^{-2} \, = \, {1 \over 10\,^2} \, = \, {1 \over 10 \cdot 10} \, = \, {1 \over 100} \, = \, 0,01} </math> | ||
+ | |||
+ | ::<math> \displaystyle{10\,^{-3} \, = \, {1 \over 10\,^3} \, = \, {1 \over 10 \cdot 10 \cdot 10} \, = \, {1 \over 1000} \, = \, 0,001} </math> | ||
+ | </div> | ||
+ | </td> | ||
+ | </tr> | ||
+ | </table> | ||
+ | |||
+ | <big>Generellt:</big> | ||
+ | |||
+ | <div class="ovnC"> | ||
+ | '''Påstående''': | ||
+ | |||
+ | <div class="border-divblue"> | ||
+ | ===== <b><span style="color:#931136">Lagen om negativ exponent</span></b> <math> \quad a\,^{-x} \; = \; \displaystyle {1 \over a\,^x} </math> ===== | ||
+ | </div> <!-- border-divblue --> | ||
'''Bevis''': | '''Bevis''': | ||
− | + | ::::<big><math> \displaystyle{1 \over a^x} \; = \; \displaystyle{a^0 \over a^x} \; = \; a^{0-x} \; = \; a^{-x} </math></big> | |
− | : | + | In den första likheten har vi använt lagen om nollte potens baklänges<span style="color:black">:</span> <math> \; 1 = a^0 \; </math>. |
− | + | In den andra likheten har vi använt andra potenslagen<span style="color:black">:</span> <math> \; \displaystyle {a^x \over a^y} \; = \; a\,^{x \, - \, y} \; </math>. | |
− | + | Efter dessa steg får vi påståendet, fast baklänges. | |
+ | </div> | ||
− | |||
− | + | == <b><span style="color:#931136">Potenser med exponenten <math> \, 0 \, </math></span></b> == | |
− | </ | + | |
+ | <big>Exempel:</big> | ||
− | + | <div class="ovnE"> | |
− | < | + | <big><math> \quad \displaystyle 2\,^{\color{Red} 0} \;\; = \;\; 1 \quad </math> |
+ | </big></div> | ||
− | |||
− | ::: | + | <big>Generellt:</big> |
+ | |||
+ | <div class="ovnC"> | ||
+ | '''Påstående''': | ||
+ | |||
+ | <div class="border-divblue"> | ||
+ | ===== <b><span style="color:#931136">Lagen om nollte potens</span></b> <math> \quad a^0 \; = \; 1 \; </math> ===== | ||
+ | </div> <!-- border-divblue --> | ||
'''Bevis''': | '''Bevis''': | ||
− | Påståendet kan bevisas genom att använda | + | Påståendet kan bevisas genom att använda andra potenslagen: |
− | ::::<big><math> \displaystyle{ | + | ::::<big><math> \displaystyle{a^x \over a^x} \; = \; a^{x-x} \; = \; a^0 </math></big> |
− | + | Å andra sidan vet vi att ett bråk med samma täljare som nämnare har värdet <math> \, 1 </math>: | |
− | < | + | |
+ | ::::<big><math> \displaystyle{a^x \over a^x} \; = \; 1 </math></big> | ||
− | + | Av raderna ovan följer påståendet: | |
− | + | ||
− | ::::<math> \;\; | + | ::::<big><math> a^0 \; = \; 1 </math></big> |
+ | </div> | ||
− | |||
− | : | + | <big>I båda föregående påståenden ska alltid gälla<span style="color:black">:</span> <math> \quad x \, </math> heltal <math> > 0 \, </math> och <math> \, a \, \neq 0 \quad </math>. |
− | </ | + | |
− | + | Exemplet nedan ska illustrera lagen ovan genom att visa följande: | |
− | + | ||
− | + | ||
+ | Potenser med negativa exponenter är en naturlig fortsättning på potenser med positiva exponenter. | ||
− | < | + | <b><span style="color:red">Nollte potensen</span></b> bildar övergången mellan positiva och negativa exponenter, precis som <math> \, 0 \, </math> är övergången mellan positiva och negativa tal: |
− | + | </big> | |
− | |||
− | : | + | == <b><span style="color:#931136">Varför är <math> \; 5\,^0 \, = \, 1 \; </math>?</span></b> == |
− | + | <div class="ovnE"> | |
+ | ::<math> \;\; 5^4 \; = \; {\color{Red} 1} \cdot 5 \cdot 5 \cdot 5 \cdot 5 </math> | ||
− | + | ::<math> \;\; 5^3 \; = \; {\color{Red} 1} \cdot 5 \cdot 5 \cdot 5 </math> | |
− | + | ::<math> \;\; 5^2 \; = \; {\color{Red} 1} \cdot 5 \cdot 5 </math> | |
− | + | ::<math> \;\; 5^1 \; = \; {\color{Red} 1} \cdot 5 </math> | |
− | + | ::<math> \; \boxed{{\color{Red} {5^0 \; = \; 1}}} </math> | |
− | + | ::<math> \;\; 5^{-1} \; = \; \displaystyle{{\color{Red} 1} \over 5} </math> | |
− | + | ::<math> \;\; 5^{-2} \; = \; \displaystyle{{\color{Red} 1} \over 5 \cdot 5} </math> | |
− | + | ::<math> \;\; 5^{-3} \; = \; \displaystyle{{\color{Red} 1} \over 5 \cdot 5 \cdot 5} </math> | |
− | + | ||
+ | ::<math> \;\; 5^{-4} \; = \; \displaystyle{{\color{Red} 1} \over 5 \cdot 5 \cdot 5 \cdot 5 } </math> | ||
− | < | + | Att <math> \; {\color{Red} 1} </math>-orna följer med hela tiden beror på att <b><span style="color:red">multiplikationens enhet</span></b> är <math> \, {\color{Red} 1} </math>, dvs <math> \, a \cdot {\color{Red} 1} \, = \, a </math>. |
− | + | ||
− | </ | + | |
+ | Därför blir endast <math> \, {\color{Red} 1} \, </math> kvar, när vi kommer till <math> \, {\color{Red} {5^0}} \, </math> då alla <math> \, 5</math>-or har försvunnit. | ||
+ | </div> | ||
− | |||
− | |||
− | : | + | == <b><span style="color:#931136">Potenser med rationella exponenter</span></b> == |
+ | <div class="tolv"> <!-- tolv6 --> | ||
+ | Potenser med [[1.1_Talbegreppet#Olika_typer_av_tal|<b><span style="color:blue">rationella</span></b>]] exponenter (bråktal) är ett annat sätt att skriva rötter. | ||
− | : | + | Följande samband råder mellan potenser med rationella exponenter och rötter: |
− | : | + | '''Påstående''': |
− | : | + | <div class="border-divblue"> |
+ | ===== <b><span style="color:#931136">Lagen om kvadratroten</span></b> <math> \quad a^{1 \over 2} \; = \; \sqrt{a} </math> ===== | ||
+ | </div> <!-- border-divblue --> | ||
− | : | + | '''Bevis''': |
− | + | Vi multiplicerar <math> a </math><big><math>^{1 \over 2} </math></big> två gånger med sig själv och använder första potenslagen: | |
− | + | :::<big><math> \displaystyle a^{1 \over 2} \cdot a^{1 \over 2} \; = \; a^{{1 \over 2} + {1 \over 2}} \; = \; a^{2 \over 2} \; = \; a^1 \; = \; a </math></big> | |
− | + | Å andra sidan är definitionen för kvadratroten ur <math> \, a </math><span style="color:black">:</span> | |
− | + | <big><math> \qquad\quad \displaystyle \sqrt{a} \; = \; </math></big> Tal som 2 gånger multiplicerat med sig själv ger <math> \, a </math>. | |
− | + | Av raderna ovan följer<span style="color:black">:</span> | |
− | + | ||
+ | :::<big><math> \displaystyle a^{1 \over 2} \; = \; \sqrt{a} </math></big> | ||
− | |||
− | |||
− | |||
+ | I följande ska alltid gälla<span style="color:black">:</span> <math> \quad m, n \, </math> heltal och <math> \, n \, \neq 0 \quad </math>. | ||
− | '''Påstående | + | '''Påstående''': |
− | : | + | <div class="border-divblue"> |
+ | ===== <b><span style="color:#931136">Lagen om högre rötter</span></b> <math> \quad a^{1 \over n} \; = \; \sqrt[n]{a} </math> ===== | ||
+ | </div> <!-- border-divblue --> | ||
'''Bevisidé''': | '''Bevisidé''': | ||
− | Vi | + | Vi visar påståendet för specialfallet <math> \, n=3 </math>: |
+ | |||
+ | Vi multiplicerar <math> a </math><big><math>^{1 \over 3} </math></big> tre gånger med sig själv och använder första potenslagen: | ||
:::<big><math> \displaystyle a^{1 \over 3} \cdot a^{1 \over 3} \cdot a^{1 \over 3} \; = \; a^{{1 \over 3} + {1 \over 3} + {1 \over 3}} \; = \; a^{3 \over 3} \; = \; a^1 \; = \; a </math></big> | :::<big><math> \displaystyle a^{1 \over 3} \cdot a^{1 \over 3} \cdot a^{1 \over 3} \; = \; a^{{1 \over 3} + {1 \over 3} + {1 \over 3}} \; = \; a^{3 \over 3} \; = \; a^1 \; = \; a </math></big> | ||
− | + | Å andra sidan är definitionen för 3:e roten ur <math> \, a </math><span style="color:black">:</span> | |
− | <big><math> \qquad\quad \displaystyle \sqrt[3]{a} \; = \; </math></big> Tal som 3 gånger multiplicerat med sig själv ger <math> a </math>. | + | <big><math> \qquad\quad \displaystyle \sqrt[3]{a} \; = \; </math></big> Tal som 3 gånger multiplicerat med sig själv ger <math> \, a </math>. |
− | + | Av raderna ovan följer<span style="color:black">:</span> | |
:::<big><math> \displaystyle a^{1 \over 3} \; = \; \sqrt[3]{a} </math></big> | :::<big><math> \displaystyle a^{1 \over 3} \; = \; \sqrt[3]{a} </math></big> | ||
− | Denna bevisidé kan vidareutvecklas till det allmänna fallet | + | Denna bevisidé kan vidareutvecklas till det allmänna fallet: |
+ | |||
+ | <div class="border-divblue"> | ||
+ | ===== <b><span style="color:#931136">Lagen om rationell exponent</span></b> <math> \quad \displaystyle a^{m \over n} \; = \; \sqrt[n]{a^m} </math> ===== | ||
+ | </div> <!-- border-divblue --> | ||
− | + | Tabellen över [[Potenser#Potenslagarna|<b><span style="color:blue">Potenslagarna</span></b>]] borde kompletteras med dessa lagar för rationella exponenter. | |
− | |||
</div> <!-- tolv6 --> | </div> <!-- tolv6 --> | ||
Rad 279: | Rad 330: | ||
Anta i fortsättningen att <math> \, x \, </math> är en okänd variabel och <math> b\, </math> och <math> c\, </math> givna konstanter <math> \neq 0 </math> . | Anta i fortsättningen att <math> \, x \, </math> är en okänd variabel och <math> b\, </math> och <math> c\, </math> givna konstanter <math> \neq 0 </math> . | ||
− | ::Funktioner av typ <math> y = x^3\, </math> kallas < | + | ::Funktioner av typ <math> y = x^3\, </math> kallas för <b><span style="color:red">potensfunktioner</span></b>, generellt <math> \; y = c \cdot x^b\, </math>. |
− | ::Ekvationer av typ <math> x^3\, = 8 </math> kallas < | + | ::Ekvationer av typ <math> x^3\, = 8 </math> kallas för <b><span style="color:red">potensekvationer</span></b>, generellt <math> \; x^b\, = c </math>. |
− | I potensfunktioner och -ekvationer förekommer <math> \, x \, </math> i basen. Potensekvationer löses genom < | + | I potensfunktioner och -ekvationer förekommer <math> \, x \, </math> i <b><span style="color:red">basen</span></b>. |
+ | |||
+ | <div class="border-divblue">Potensekvationer löses genom <b><span style="color:red">rotdragning</span></b>.</div> | ||
+ | |||
+ | Rotdragning är ekvivalent (identiskt) med potentiering med rationella exponenter. | ||
+ | |||
+ | För t.ex. potensekvationen <math> x^3\, = 8 </math> finns det två olika sätt att beskriva lösningen via rotdragning: | ||
:::<math>\begin{align} x^3 & = 8 \qquad & | \; \sqrt[3]{\;\;} \\ | :::<math>\begin{align} x^3 & = 8 \qquad & | \; \sqrt[3]{\;\;} \\ | ||
Rad 290: | Rad 347: | ||
\end{align}</math> | \end{align}</math> | ||
− | Alternativt | + | Alternativt med potens med rationell exponent: |
:::<math>\begin{align} x^3 & = 8 \qquad & | \; (\;\;\;)^{1 \over 3} \; \text{samma som} \; \sqrt[3]{\;\;} \\ | :::<math>\begin{align} x^3 & = 8 \qquad & | \; (\;\;\;)^{1 \over 3} \; \text{samma som} \; \sqrt[3]{\;\;} \\ | ||
− | (x^3)^{1 \over 3} & = 8^{1 \over 3} | + | (x^3)^{1 \over 3} & = 8^{1 \over 3} \qquad & | \; \text{3:e potenslagen på VL} \\ |
x^{3\cdot{1 \over 3}} & = 8^{1 \over 3} \\ | x^{3\cdot{1 \over 3}} & = 8^{1 \over 3} \\ | ||
x & = 2 \\ | x & = 2 \\ | ||
\end{align}</math> | \end{align}</math> | ||
− | + | De alternativa lösningarna av ekvationen ovan är ett exempel på att rötter alltid kan skrivas som [[Potenser#Potenser_med_rationella_exponenter|<b><span style="color:blue">potenser med rationella exponenter</span></b>]]. | |
</div> <!-- tolv7 --> | </div> <!-- tolv7 --> | ||
+ | |||
+ | |||
Rad 319: | Rad 378: | ||
− | [[Matte:Copyrights|Copyright]] © 2010- | + | [[Matte:Copyrights|Copyright]] © 2010-2018 Math Online Sweden AB. All Rights Reserved. |
Nuvarande version från 22 januari 2019 kl. 11.15
<< Repetitioner | Genomgång | Övningar | 1:a avsnitt: Polynom >> |
Potenser är ett repeterande underavsnitt i avsnittet Polynom. Övningar till Potenser finns separat i fliken ovan.
Repetition om potenser
OBS! Förväxla inte begreppen: \( \, 2\,^3 \, \) är själva potensen, medan \( \, {\color{Red} 3} \, \) är exponenten och \( \, {\color{green} 2}\, \) förstås basen.
Exponenten \( \, {\color{Red} 3} \, \) är inget tal som ingår i beräkningen, utan endast en information om att:
\( \, 2 \, \) ska multipliceras \( \, {\color{Red} 3} \, \) gånger med sig själv, en förkortning för upprepad multiplikation (jfr. upprepad addition).
Exempel
Förenkla: \( \qquad \displaystyle{2\,^3 \cdot \; 2\,^5 \over 2\,^4} \)
Lösning: \( \qquad \displaystyle{{2\,^3 \cdot \; 2\,^5 \over 2\,^4} \, = \, {2 \cdot 2 \cdot 2 \quad \cdot \quad 2 \cdot 2 \cdot 2 \cdot 2 \cdot 2 \over 2 \cdot 2 \cdot 2 \cdot 2} \, = \, {2 \cdot 2 \cdot 2 \quad \cdot \quad 2 \cdot \cancel{2 \cdot 2 \cdot 2 \cdot 2} \over \cancel{2 \cdot 2 \cdot 2 \cdot 2}} \, = \, 2 \cdot 2 \cdot 2 \cdot 2 \, = \, 4 \cdot 4 \, = \, 16} \)
- OBS! Förenkla alltid först, räkna sedan!
Snabbare: \( \qquad\!\! \displaystyle{{2\,^3 \cdot \; 2\,^5 \over 2\,^4} \, = \, 2\,^{3\,+\,5\,-\,4} \, = \, 2\,^4 \, = \, 2 \cdot 2 \cdot 2 \cdot 2 \, = \, 4 \cdot 4 \, = \, 16} \)
För att förstå den snabbare lösningen se Potenslagarna.
Generellt:
Potenser med positiva exponenter
Potensen \( \, a\,^{\color{Red} x} \, \) med positiv exponent (\( x \, \) heltal \( > 0 \, \) och \( \, a \, \neq 0 \)) kan definieras som:
- Upprepad multiplikation av \( \, a \, \) med sig själv, \( \, {\color{Red} x} \, \) gånger:
- \( \quad a\,^{\color{Red} x} = \underbrace{a \cdot a \cdot a \cdot \quad \ \cdots \quad \cdot a}_{{\color{Red} x}\;{\rm gånger}} \)
Potenslagarna
Första potenslagen: \( \qquad\qquad\quad\;\, a^x \cdot a^y \; = \; a\,^{x \, + \, y} \qquad\qquad \)
Andra potenslagen: \( \qquad\qquad\qquad\;\;\; \displaystyle {a^x \over a^y} \; = \; a\,^{x \, - \, y} \qquad\qquad \)
Tredje potenslagen: \( \qquad\qquad\qquad \displaystyle {(a^x)^y} \; = \; a\,^{x \, \cdot \, y} \qquad\qquad \)
Lagen om nollte potens: \( \qquad\qquad\quad\;\;\, a\,^0 \; = \; 1 \qquad\qquad \)
Lagen om negativ exponent: \( \qquad\quad\;\;\; a\,^{-x} \; = \; \displaystyle {1 \over a\,^x} \qquad\qquad \)
Potens av en produkt: \( \qquad\qquad\;\, (a \cdot b)\,^x \; = \; a\,^x \cdot b\,^x \qquad\qquad \)
Potens av en kvot: \( \qquad\qquad\qquad\, \left(\displaystyle {a \over b}\right)^x \; = \; \displaystyle {a\,^x \over b\,^x} \qquad\qquad \)
Dessa lagar gäller för potenser där baserna \( \, a,\,b \, \) är tal \( \, \neq 0 \, \) och exponenterna \( \, x,\,y \, \) är godtyckliga tal.
Exempel på första potenslagen
Förenkla: \( \quad\;\; a\,^2 \, \cdot \, a\,^3 \)
Lösning:
- \( a\,^2 \cdot a\,^3 \; = \; \underbrace{a \cdot a}_{2\;\times} \; \cdot \; \underbrace{a \cdot a \cdot a}_{3\;\times} \; = \; \underbrace{a \cdot a \cdot a \cdot a \cdot a}_{{\color{Red} 5}\;\times} \; = \; a\,^{\color{Red} 5}\)
Snabbare:
- \( a\,^2 \cdot a\,^3 \; = \; a\,^{2\,+\,3} = \; a\,^{\color{Red} 5} \)
Den snabbare lösningen ovan är ett exempel på den första potenslagen. Nedan följer ett exempel på den andra potenslagen.
Exempel på andra potenslagen
- \( \displaystyle {a\,^{\color{Red} 5} \over a\,^{\color{Red} 3}} \; = \; {a \cdot a \cdot a \cdot a \cdot a \; \over \; a \cdot a \cdot a} \; = \; {a \cdot a \cdot \cancel{a \cdot a \cdot a} \; \over \; \cancel{a \cdot a \cdot a}} \; = \; a \cdot a \; = \; a\,^2 \)
Snabbare:
- \( \displaystyle {a\,^{\color{Red} 5} \over a\,^{\color{Red} 3}} \; = \; a\,^{{\color{Red} {5\,-\,3}}} \; = \; a\,^2 \)
Potensbegreppet definierades inledningsvis endast för positiva exponenter. Men den definitionen duger varken för negativa exponenter eller för exponenten \( \, 0 \, \):
Antalet multiplikationer av basen med sig själv kan inte vara negativt eller \( \, 0 \, \). Det behövs nya definitioner resp. slutsatser.
Potenser med negativa exponenter
Potens med negativ exponent: \( \qquad \displaystyle 2\,^{\color{Red} {-3}} \; = \;\; \frac{1}{2\,^{\color{Red} {3}}} \; = \; \frac{1}{8} \quad \) Invertera potensen med positiv exponent. Att "invertera" t.ex. \( \, 10 \, \) ger \( \, \displaystyle {1 \over 10} \; \).
|
Andra exempel:
|
Generellt:
Påstående:
Lagen om negativ exponent \( \quad a\,^{-x} \; = \; \displaystyle {1 \over a\,^x} \)
Bevis:
- \( \displaystyle{1 \over a^x} \; = \; \displaystyle{a^0 \over a^x} \; = \; a^{0-x} \; = \; a^{-x} \)
In den första likheten har vi använt lagen om nollte potens baklänges: \( \; 1 = a^0 \; \).
In den andra likheten har vi använt andra potenslagen: \( \; \displaystyle {a^x \over a^y} \; = \; a\,^{x \, - \, y} \; \).
Efter dessa steg får vi påståendet, fast baklänges.
Potenser med exponenten \( \, 0 \, \)
Exempel:
\( \quad \displaystyle 2\,^{\color{Red} 0} \;\; = \;\; 1 \quad \)
Generellt:
Påstående:
Lagen om nollte potens \( \quad a^0 \; = \; 1 \; \)
Bevis:
Påståendet kan bevisas genom att använda andra potenslagen:
- \( \displaystyle{a^x \over a^x} \; = \; a^{x-x} \; = \; a^0 \)
Å andra sidan vet vi att ett bråk med samma täljare som nämnare har värdet \( \, 1 \):
- \( \displaystyle{a^x \over a^x} \; = \; 1 \)
Av raderna ovan följer påståendet:
- \( a^0 \; = \; 1 \)
I båda föregående påståenden ska alltid gälla: \( \quad x \, \) heltal \( > 0 \, \) och \( \, a \, \neq 0 \quad \).
Exemplet nedan ska illustrera lagen ovan genom att visa följande:
Potenser med negativa exponenter är en naturlig fortsättning på potenser med positiva exponenter.
Nollte potensen bildar övergången mellan positiva och negativa exponenter, precis som \( \, 0 \, \) är övergången mellan positiva och negativa tal:
Varför är \( \; 5\,^0 \, = \, 1 \; \)?
- \[ \;\; 5^4 \; = \; {\color{Red} 1} \cdot 5 \cdot 5 \cdot 5 \cdot 5 \]
- \[ \;\; 5^3 \; = \; {\color{Red} 1} \cdot 5 \cdot 5 \cdot 5 \]
- \[ \;\; 5^2 \; = \; {\color{Red} 1} \cdot 5 \cdot 5 \]
- \[ \;\; 5^1 \; = \; {\color{Red} 1} \cdot 5 \]
- \[ \; \boxed{{\color{Red} {5^0 \; = \; 1}}} \]
- \[ \;\; 5^{-1} \; = \; \displaystyle{{\color{Red} 1} \over 5} \]
- \[ \;\; 5^{-2} \; = \; \displaystyle{{\color{Red} 1} \over 5 \cdot 5} \]
- \[ \;\; 5^{-3} \; = \; \displaystyle{{\color{Red} 1} \over 5 \cdot 5 \cdot 5} \]
- \[ \;\; 5^{-4} \; = \; \displaystyle{{\color{Red} 1} \over 5 \cdot 5 \cdot 5 \cdot 5 } \]
Att \( \; {\color{Red} 1} \)-orna följer med hela tiden beror på att multiplikationens enhet är \( \, {\color{Red} 1} \), dvs \( \, a \cdot {\color{Red} 1} \, = \, a \).
Därför blir endast \( \, {\color{Red} 1} \, \) kvar, när vi kommer till \( \, {\color{Red} {5^0}} \, \) då alla \( \, 5\)-or har försvunnit.
Potenser med rationella exponenter
Potenser med rationella exponenter (bråktal) är ett annat sätt att skriva rötter.
Följande samband råder mellan potenser med rationella exponenter och rötter:
Påstående:
Lagen om kvadratroten \( \quad a^{1 \over 2} \; = \; \sqrt{a} \)
Bevis:
Vi multiplicerar \( a \)\(^{1 \over 2} \) två gånger med sig själv och använder första potenslagen:
- \( \displaystyle a^{1 \over 2} \cdot a^{1 \over 2} \; = \; a^{{1 \over 2} + {1 \over 2}} \; = \; a^{2 \over 2} \; = \; a^1 \; = \; a \)
Å andra sidan är definitionen för kvadratroten ur \( \, a \):
\( \qquad\quad \displaystyle \sqrt{a} \; = \; \) Tal som 2 gånger multiplicerat med sig själv ger \( \, a \).
Av raderna ovan följer:
- \( \displaystyle a^{1 \over 2} \; = \; \sqrt{a} \)
I följande ska alltid gälla: \( \quad m, n \, \) heltal och \( \, n \, \neq 0 \quad \).
Påstående:
Lagen om högre rötter \( \quad a^{1 \over n} \; = \; \sqrt[n]{a} \)
Bevisidé:
Vi visar påståendet för specialfallet \( \, n=3 \):
Vi multiplicerar \( a \)\(^{1 \over 3} \) tre gånger med sig själv och använder första potenslagen:
- \( \displaystyle a^{1 \over 3} \cdot a^{1 \over 3} \cdot a^{1 \over 3} \; = \; a^{{1 \over 3} + {1 \over 3} + {1 \over 3}} \; = \; a^{3 \over 3} \; = \; a^1 \; = \; a \)
Å andra sidan är definitionen för 3:e roten ur \( \, a \):
\( \qquad\quad \displaystyle \sqrt[3]{a} \; = \; \) Tal som 3 gånger multiplicerat med sig själv ger \( \, a \).
Av raderna ovan följer:
- \( \displaystyle a^{1 \over 3} \; = \; \sqrt[3]{a} \)
Denna bevisidé kan vidareutvecklas till det allmänna fallet:
Lagen om rationell exponent \( \quad \displaystyle a^{m \over n} \; = \; \sqrt[n]{a^m} \)
Tabellen över Potenslagarna borde kompletteras med dessa lagar för rationella exponenter.
Potensekvationer
Anta i fortsättningen att \( \, x \, \) är en okänd variabel och \( b\, \) och \( c\, \) givna konstanter \( \neq 0 \) .
- Funktioner av typ \( y = x^3\, \) kallas för potensfunktioner, generellt \( \; y = c \cdot x^b\, \).
- Ekvationer av typ \( x^3\, = 8 \) kallas för potensekvationer, generellt \( \; x^b\, = c \).
I potensfunktioner och -ekvationer förekommer \( \, x \, \) i basen.
Rotdragning är ekvivalent (identiskt) med potentiering med rationella exponenter.
För t.ex. potensekvationen \( x^3\, = 8 \) finns det två olika sätt att beskriva lösningen via rotdragning:
- \[\begin{align} x^3 & = 8 \qquad & | \; \sqrt[3]{\;\;} \\ \sqrt[3]{x^3} & = \sqrt[3]{8} \\ x & = 2 \\ \end{align}\]
Alternativt med potens med rationell exponent:
- \[\begin{align} x^3 & = 8 \qquad & | \; (\;\;\;)^{1 \over 3} \; \text{samma som} \; \sqrt[3]{\;\;} \\ (x^3)^{1 \over 3} & = 8^{1 \over 3} \qquad & | \; \text{3:e potenslagen på VL} \\ x^{3\cdot{1 \over 3}} & = 8^{1 \over 3} \\ x & = 2 \\ \end{align}\]
De alternativa lösningarna av ekvationen ovan är ett exempel på att rötter alltid kan skrivas som potenser med rationella exponenter.
Internetlänkar
http://www.youtube.com/watch?v=iYgG4LUqXks
http://www.webbmatte.se/gym/arabiska/2/2_8_4sv.html
http://www.webbmatte.se/gym/arabiska/2/2_8_3sv.html
http://wiki.math.se/wikis/forberedandematte1/index.php/1.3_%C3%96vningar
Copyright © 2010-2018 Math Online Sweden AB. All Rights Reserved.