3.2.2 指数运算的性质

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3.2.2 指数运算的性质

导入新课

思路1.同学们,既然我们把指数从正整数推广到整数,又从整数推广到正分数到负分数,这样指数就推广到有理数,那么它是否也和数的推广一样,到底有没有无理数指数幂呢?回顾数的扩充过程,自然数到整数,整数到分数(有理数),有理数到实数.并且知道,在有理数到实数的扩充过程中,增添的数是无理数.对无理数指数幂,也是这样扩充而来.既然如此,我们这节课的主要内容是:教师板书本堂课的课题——指数运算的性质.

新知探究 提出问题

①我们知道2=1.414 213 56…,那么1.41,1.414,1.414 2,1.414 21,…是2的什么近似值?而1.42,1.415,1.414 3,1.414 22,…是2的什么近似值?

②多媒体显示以下图表:同学们从下面的两个表中,能发现什么样的规律?

2的过剩近似值

1.5 1.42 1.415 1.414 3 1.414 22 1.414 214 1.414 213 6 1.414 213 57 1.414 213 563

…



5的近似值 11.180 339 89 9.829 635 328 9.750 851 808 9.739 872 62 9.738 618 643 9.738 524 602 9.738 518 332 9.738 517 862 9.738 517 752

… 2的不足近似值

1.4 1.41 1.414 1.414 2 1.414 21 1.414 213 1.414 213 5 1.414 213 56 1.414 213 562

…

2

2

52的近似值

9.518 269 694 9.672 669 973 9.735 171 039 9.738 305 174 9.738 461 907 9.738 508 928 9.738 516 765 9.738 517 705 9.738 517 736

…

③你能给上述思想起个名字吗?

④一个正数的无理数次幂到底是一个什么性质的数呢?如5,根据你学过的知识,能作出判断并合理地解释吗?

⑤借助上面的结论你能说出一般性的结论吗?

活动:教师引导,学生回忆,教师提问,学生回答,积极交流,及时评价学生,学生有困惑时加以解释,可用多媒体显示辅助内容:

问题①从近似值的分类来考虑,一方面从大于2的方向,另一方面从小于2的方向. 问题②对图表的观察一方面从上往下看,再一方面从左向右看,注意其关联. 问题③上述方法实际上是无限接近,最后是逼近. 问题④对问题给予大胆猜测,从数轴的观点加以解释.

问题⑤在③④的基础上,推广到一般的情形,即由特殊到一般.

讨论结果:①1.41,1.414,1.414 2,1.414 21,…,这些数都小于2,称2的不足近似值,而1.42,1.415,1.414 3,1.414 22,…,这些数都大于2,称2的过剩近似值.


②第一个表:从大于2的方向逼近2时,5大于5于5

2

2

2

就从5

1.5,1.42,1.415,1.414 3,1.414 22

5555,…,即

的方向逼近5

2

2

.

2

第二个表:从小于2的方向逼近2时,5的方向逼近55

5

5

.

就从5

1.4,1.41,1.414,1.414 2,1.414 21

5555,…,即小

2

从另一角度来看这个问题,在数轴上近似地表示这些点,数轴上的数字表明一方面5从55

5

1.4,1.41,1.414,1.414 2,1.414 21

5

,…,即小于5

2

2

的方向接近5

2

2

,而另一方面5

2

从

2

1.5,1.42,1.415,1.414 3,1.414 22

555,…,即大于5的方向接近5

,可以说从两个方向无限地接近5

,

即逼近5,所以5是一串有理数指数幂55555,…和另一串有理数指

1.5,1.42,1.415,1.414 3,1.414 22

数幂55555,…,按上述变化规律变化的结果,事实上表示这些数的点从

1.4,1.41,1.414,1.414 2,1.414 21

22

两个方向向表示5

2

1.4

的点靠近,但这个点一定在数轴上,由此我们可得到的结论是5

1.41

2

一定

1.42

是一个实数,即5<51.5<5.

充分表明5

2

<5

1.414

<5

1.414 2

<5

1.414 21

<…<5

2

<…<5

1.414 22

<5

1.414 3

<5

1.415

<5

13π

是一个实数,再如,3等都是实数.

2

③逼近思想,事实上里面含有极限的思想,这是以后要学的知识.

④根据②③我们可以推断5是一个实数,猜测一个正数的无理数次幂是一个实数. ⑤无理数指数幂的意义:

α

一般地,无理数指数幂a(a>0,α是无理数)是一个确定的实数. 也就是说无理数可以作为指数,并且它的结果是一个实数,这样指数概念又一次得到推广,在数的扩充过程中,我们知道有理数和无理数统称为实数.我们规定了无理数指数幂的意义,知道它是一个确定的实数,结合前面的有理数指数幂,那么,指数幂就从有理数指数幂扩充到实数指数幂.

提出问题

为什么在规定无理数指数幂的意义时,必须规定底数是正数?

无理数指数幂的运算法则是怎样的?是否与有理数指数幂的运算法则相通呢? 你能给出实数指数幂的运算法则吗? 活动:教师组织学生互助合作,交流探讨,引导他们用反例说明问题,注意类比,归纳. 对问题(1)回顾我们学习分数指数幂的意义时对底数的规定,举例说明.

α

对问题(2)结合有理数指数幂的运算法则,既然无理数指数幂a(a>0,α是无理数)是一个确定的实数,那么无理数指数幂的运算法则应当与有理数指数幂的运算法则类似,并且相通.

对问题(3)有了有理数指数幂的运算法则和无理数指数幂的运算法则,实数的运算法则自然就得到了.

α

讨论结果:(1)底数大于零的必要性,若a=-1,那么a是+1还是-1就无法确定了,

α

这样就造成混乱,规定了底数是正数后,无理数指数幂a是一个确定的实数,就不会再造成混乱.

(2)因为无理数指数幂是一个确定的实数,所以能进行指数的运算,也能进行幂的运算,有理数指数幂的运算性质,同样也适用于无理数指数幂.类比有理数指数幂的运算性质可以得到无理数指数幂的运算法则:

rsr+s

①a·a=a(a>0,r,s都是无理数).

rsrs

②(a)=a(a>0,r,s都是无理数).

rrr

③(a·b)=ab(a>0,b>0,r是无理数).

(3)指数幂扩充到实数后,指数幂的运算性质也就推广到了实数指数幂. 实数指数幂的运算性质:

对任意的实数r,s,均有下面的运算性质: rsr+s

①a·a=a(a>0,r,s∈R).

rsrs

②(a)=a(a>0,r,s∈R).

2


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