Математика / Алгебра

Степень степени

При возведении степени в степень основание сохраняют, а показатели перемножают, потому что число одинаковых множителей повторяется группами.

Опубликовано: Обновлено:

Формула

$$(a^m)^n = a^{mn}$$

Обозначения

$a$
основание степени
m, n
показатели степени

Условия применения

  • В степень возводится уже записанная степень a^m.
  • Показатели m и n в базовом курсе рассматриваются как натуральные числа.
  • Основание остается тем же самым на всех шагах преобразования.

Ограничения

  • Нельзя складывать показатели в формуле (a^m)^n; сложение относится к произведению степеней.
  • Если основание имеет ограничения, они сохраняются после преобразования.
  • При сложных выражениях в основании нужно следить, вся ли степень заключена в скобки.

Подробное объяснение

Степень степени означает, что выражение a^m повторяется как множитель n раз. Каждая копия a^m содержит m множителей a. Если таких копий n, общее число множителей a равно m*n. Поэтому (a^m)^n превращается в a^(mn). Основание не меняется, потому что все множители остаются тем же a. Меняется только показатель, который теперь отражает общее количество повторений. Правило отличается от произведения степеней. В a^m*a^n складываются две группы множителей, а в (a^m)^n одна группа из m множителей повторяется n раз. Поэтому там m+n, а здесь mn. В задачах правило часто работает вместе со степенью произведения. Например, (2x^3)^2 сначала дает 2^2*(x^3)^2, а затем 4x^6. Если забыть умножить показатели, степень буквы получится неверной. Полезная проверка - раскрыть маленький пример по определению: (a^2)^3 = a^2*a^2*a^2 = a^6. При проверке результата полезно выполнить обратный ход: подставить найденное значение, раскрыть скобки или восстановить исходную геометрическую связь. Если равенство сохраняется, формула применена к нужной структуре.

Как пользоваться формулой

  1. Определите внутренний показатель m.
  2. Определите внешний показатель n.
  3. Оставьте основание a.
  4. Перемножьте показатели m и n.

Историческая справка

Правило степени степени оформилось вместе с развитием показательной записи. Пока степени описывали словами, преобразование объясняли как повторное повторение множителей. С появлением буквенной символики и верхних индексов стало удобно записывать общее правило для любых натуральных показателей. В учебной алгебре оно заняло место рядом с произведением и частным степеней, потому что все эти свойства выводятся из одного определения. Позднее те же идеи расширили на нулевые, отрицательные и рациональные показатели, но в 7 классе достаточно натурального случая. В XX веке такая запись стала стандартной в школьных учебниках: она позволяет быстро переходить от доказанного свойства к вычислению и сохраняет связь с исходным рассуждением.

Историческая линия формулы

Единственного автора у правила нет. Оно следует из определения степени с натуральным показателем; современная компактная запись связана с развитием алгебраической символики и показателей степени. Поэтому в учебной атрибуции указывают математическую традицию и вывод из определения, а не одного автора.

Пример

Задача: упростить выражение (x^4)^3. Дано: основание x, внутренний показатель 4, внешний показатель 3. По формуле степени степени (a^m)^n = a^(mn): (x^4)^3 = x^(4*3) = x^12. Ответ: x^12. Проверка по определению: (x^4)^3 = x^4*x^4*x^4. При умножении степеней с одинаковым основанием показатели складываются: 4+4+4=12. Получается тот же результат x^12. Если бы показатели сложили как 4+3, вышло бы x^7, что противоречит раскрытию по определению. Дополнительная проверка: если выполнить обратную подстановку в исходную запись, обе части дают одно и то же значение, а единицы ответа соответствуют величине из условия.

Частая ошибка

Чаще всего показатели складывают вместо умножения. Это происходит из-за смешения с правилом произведения степеней. Еще одна ошибка - забыть скобки: a^m^n без ясной записи может читаться иначе, поэтому в школьной записи используют (a^m)^n. В одночленах нужно отдельно возвести коэффициент и умножить показатели у буквенных степеней.

Практика

Задачи с решением

Упростить степень степени

Условие. Упростите (a^5)^2.

Решение. Показатели перемножаются: (a^5)^2=a^(5*2)=a^10.

Ответ. a^10

Применить правило к одночлену

Условие. Упростите (y^3)^4*y.

Решение. (y^3)^4=y^12, затем y^12*y=y^13.

Ответ. y^13

Дополнительные источники

  • Макарычев Ю. Н., Миндюк Н. Г., Нешков К. И. Алгебра. 7 класс. Разделы «Выражения», «Уравнения», «Степень с натуральным показателем»
  • Мерзляк А. Г., Полонский В. Б., Якир М. С. Алгебра. 7 класс. Главы о линейных уравнениях, степенях и многочленах
  • ФИПИ. ОГЭ по математике: кодификатор проверяемых требований, раздел «Алгебраические выражения и уравнения»

Связанные формулы

Математика

Степень произведения

$(ab)^n = a^n b^n$

Степень произведения равна произведению степеней всех множителей: каждый множитель внутри скобок возводится в тот же показатель.

Математика

Степень одночлена

$(ax^m)^n = a^n x^{mn}$

При возведении одночлена в степень коэффициент возводится в эту степень, а показатели степеней у переменных умножаются на показатель внешней степени.

Математика

Равносильные преобразования уравнения

$A = B \Longleftrightarrow A + m = B + m$

Равносильные преобразования меняют запись уравнения, но сохраняют все его решения. В 7 классе это основа переноса слагаемых, раскрытия скобок и деления на ненулевой коэффициент.

Математика

Приведение подобных слагаемых

$ka + ma = (k + m)a$

Приведение подобных слагаемых позволяет заменить сумму однотипных членов одним членом с общим буквенным множителем. Это базовое действие для упрощения выражений, решения линейных уравнений и подготовки многочленов к дальнейшим преобразованиям.

Математика

Умножение многочлена на многочлен

$(a + b)(c + d) = ac + ad + bc + bd$

Чтобы умножить многочлен на многочлен, каждый член первого многочлена умножают на каждый член второго, затем приводят подобные слагаемые.

Математика

Вынесение общего множителя за скобки

$ab + ac = a(b + c)$

Вынесение общего множителя за скобки превращает сумму одночленов с общей частью в произведение. Это первый и самый важный способ разложения многочлена на множители в 7 классе.