Упрощение выражений, содержащих корни и степени
При упрощении выражений, содержащих корни и степени, прежде чем воспользоваться свойствами степени, полезно совершить такие предварительные действия:
1. Записать корни в виде степени. Для этого нужно воспользоваться следующим свойством:
2. Десятичную дробь записать в виде обыкновенной.
Например:
3. Смешанные числа записать в виде неправильных дробей.
Например:
4. Разложить основания степеней на простые множители. Или, по крайней мере, разложить на множители так, чтобы количество различных оснований было минимальным.
Запишем корни в виде степени и воспользуемся свойствами степеней с одинаковым основанием:
Ответ: 1.
Разложим число 10 в знаменателе дроби на простые множители и воспользуемся свойствами степеней:
Ответ: 5.
Представим число 0,8 в виде обыкновенной дроби, разложим число 20 на множители и воспользуемся свойствами степеней:
Ответ: 20.
Разложим число 42 на множители и воспользуемся свойствами степеней.
Ответ: 42.
1. Запишем корни в виде степени:
2. Воспользуемся свойствами степени, получим:
Корень и его свойства

Определение «Корень»
Корень второй степени (квадратный корень) из числа a — это число, которое становится равным a, если число a возвести во вторую степень (в квадрат).
Например, √ 64 = 8 (√ 64 равно числу 8).
Формула: √ a 2 = a
Число, стоящее под знаком корня, называется подкоренным числом. Если под знаком корня стоит целое выражение, то его называют подкоренным выражением.
Свойство квадратного корня: для действительных чисел не существует квадратный корень из отрицательного числа, так как возведение числа в квадрат будет всегда неотрицательным числом.
Извлечение корней: примеры
Найти корень из числа можно одним из следующих способов:
Приведение корней с разными показателями
Для того, чтобы упростить выражение с корнями, которое содержит корни разных степеней, необходимо привести все корни к одной степени.
Например, есть квадратный корень (второй степени √ 2 ) и кубический корень (третьей степени 3 √ 3 ).
Во-первых, необходимо найти наименьшее общее кратное (НОК) для степеней. В нашем примере НОК=6 (2х3).
Во-вторых, применим свойство a = n √ a n : √ 2 = 2 √ 2 = 6 √ 2 3 = 6 √ 8 ; 3 √ 3 = 6 √ 3 2 = 6 √ 9
Получилось два корня одинаковой степени, с которыми можно совершать различные математические действия.
Корень: сложение и вычитание корней
Основное правила сложения и вычитания квадратных корней: сложение и вычитание квадратного корня возможны только при условии одинакового подкоренного выражения.
Примеры:
2√ 3 + 3√ 3 = 5√ 3
2√ 3 + 2√ 4 – не выполняется.
Алгоритм действия:
1. Упростить подкоренное выражение путем разложения на простые множители.
2. Затем нужно извлечь корень из квадратного числа и записать полученное значение перед знаком корня.
3. После процесса упрощения необходимо подчеркнуть корни с одинаковыми подкоренными выражениями — только их можно складывать и вычитать.
4. У корней с одинаковыми подкоренными выражениями необходимо сложить или вычесть множители, которые стоят перед знаком корня. Подкоренное выражение остается без изменений. Нельзя складывать или вычитать подкоренные числа!
Корень: умножение
Умножение корней без множителей
Произведение корней из чисел равно корню из произведения этих чисел.
√ a*b =√ a *√ b
Важно: между собой можно умножать только одинаковые степени корней, то есть можно умножить один квадратный корень на другой, но нельзя умножить квадратный корень на корень кубической степени.
Примеры:
√ 2 х √ 3 = √ 6
√ 6 х √ 3 = √ 18 = √ 3х3х2 = 3√ 2
Умножение корней с множителями
При умножении корней с множителями нужно отдельно перемножить множители и подкорневые выражения (числа). Подкорневые числа можно перемножать между собой только в том случае, если они имеют одинаковые степени (см. умножение корней без множителей). В случае отсутствия множителя, он равен единице.
Примеры:
3√ 2 х √ 5 = (3х1) √ (2*5) = 3√ 10
4√ 2 х 3√ 3 = (3х4) √ (2х3) = 12√ 6
Корень: деление
Основной правило деления — подкоренные выражения делятся на подкоренные выражения, а множители на множители.
√ a:b =√ a :√ b
В процессе деления квадратных корней дроби упрощаются.
Деление корней без множителей
Частное корней из чисел равно корню из частного этих чисел.
Важно: между собой можно делить только одинаковые степени корней, то есть можно делить один квадратный корень на другой, но нельзя делить квадратный корень на корень кубической степени.
Пример. √ 21 :√ 3 =√ 21:3 =√ 7
Деление квадратных корней с множителями
Примеры для практики
Чтобы попрактиковаться решать примеры на вычисление квадратный корней, можно скачать программу «Корни квадратные«
Перевод корней в степени и обратно: объяснение, примеры
Часто преобразование и упрощение математических выражений требует перехода от корней к степеням и наоборот. Данная статья рассказывает о том, как осуществлять перевод корня в степень и обратно. Рассматривается теория, практические примеры и наиболее распространенные ошибки.
Переход от степеней с дробными показателями к корням
Ответ вытекает из самого определения степени!
При этом, обязательно должно выполнятся условие:
Дробная степень числа нуль определяется аналогично, однако в этом случае число m принимается не целым, а натуральным, чтобы не возникло деления на 0 :
Как представить корень в виде степени?
Обратная замена корней степенями, когда вместо выражения с корнем записывается выражения со степенью, также возможна. Просто перевернем равенство из предыдущего пункта и получим:
Можно ли вообще преобразовать такие выражения со степенями? Да, если произвести некоторые предварительные преобразования. Рассмотрим, какие.
В случае с корнем нечетной степени из отрицательного числа, можно записать:
Разберемся теперь, как корни, под которыми содержатся выражения, заменяются на степени, содержащие эти выражения в основании.
Таким образом, в рассмотренном примере преобразование вида A m n = A m n является преобразованием, сужающим ОДЗ, а из-за неаккуратного применения формулы A m n = A m n нередко возникают ошибки.
Сведем все эти правила в таблицу и приведем несколько примеров их использования.
Приведем еще один пример с корнями и степенями.
Пример. Перевод корня в степень
Степенные выражения (выражения со степенями) и их преобразование
Рассмотрим тему преобразования выражений со степенями, но прежде остановимся на ряде преобразований, которые можно проводить с любыми выражениями, в том числе со степенными. Мы научимся раскрывать скобки, приводить подобные слагаемые, работать с основанием и показателем степени, использовать свойства степеней.
Что представляют собой степенные выражения?
В школьном курсе мало кто использует словосочетание «степенные выражения», зато этот термин постоянно встречается в сборниках для подготовки к ЕГЭ. В большинства случаев словосочетанием обозначаются выражения, которые содержат в своих записях степени. Это мы и отразим в нашем определении.
Степенное выражение – это выражение, которое содержит степени.
Приведем несколько примеров степенных выражений, начиная со степени с натуральным показателем и заканчивая степенью с действительным показателем.
С вопросом о том, что такое степенные выражения, мы разобрались. Теперь займемся их преобразованием.
Основные виды преобразований степенных выражений
В первую очередь мы рассмотрим основные тождественные преобразования выражений, которые можно выполнять со степенными выражениями.
Решение
Решение
Решение
Представим число 9 как степень 3 2 и применим формулу сокращенного умножения:
А теперь перейдем к разбору тождественных преобразований, которые могут применяться именно в отношении степенных выражений.
Работа с основанием и показателем степени
Проводятся преобразования степени и показателя по известным нам правилам отдельно друг от друга. Самое главное, чтобы в результате преобразований получилось выражение, тождественное исходному.
Использование свойств степеней
Применять свойства степеней без ограничений можно в тех случаях, когда основания степеней положительные или содержат переменные, область допустимых значений которых такова, что на ней основания принимают лишь положительные значения. Фактически, в рамках школьной программы по математике задачей учащегося является выбор подходящего свойства и правильное его применение.
При подготовке к поступлению в Вузы могут встречаться задачи, в которых неаккуратное применение свойств будет приводить к сужению ОДЗ и другим сложностям с решением. В данном разделе мы разберем всего два таких случая. Больше информации по вопросу можно найти в теме «Преобразование выражений с использованием свойств степеней».
Решение
Преобразование степенных выражений согласно свойству степеней может производиться как слева направо, так и в обратном направлении.
Решение
Есть еще один способ провести преобразования:
3 1 3 · 7 1 3 · 21 2 3 = 3 1 3 · 7 1 3 · ( 3 · 7 ) 2 3 = 3 1 3 · 7 1 3 · 3 2 3 · 7 2 3 = = 3 1 3 · 3 2 3 · 7 1 3 · 7 2 3 = 3 1 3 + 2 3 · 7 1 3 + 2 3 = 3 1 · 7 1 = 21
Ответ: 3 1 3 · 7 1 3 · 21 2 3 = 3 1 · 7 1 = 21
Решение
Преобразование дробей, содержащих степени
Обычно мы имеем дело с двумя вариантами степенных выражений с дробями: выражение представляет собой дробь со степенью или содержит такую дробь. К таким выражениям применимы все основные преобразования дробей без ограничений. Их можно сокращать, приводить к новому знаменателю, работать отдельно с числителем и знаменателем. Проиллюстрируем это примерами.
Решение
Мы имеем дело с дробью, поэтому проведем преобразования и в числителе, и в знаменателе:
Дроби, содержащие степени, приводятся к новому знаменателю точно также, как и рациональные дроби. Для этого необходимо найти дополнительный множитель и умножить на него числитель и знаменатель дроби. Подбирать дополнительный множитель необходимо таким образом, чтобы он не обращался в нуль ни при каких значениях переменных из ОДЗ переменных для исходного выражения.
Решение
б) Обратим внимание на знаменатель:
Решение
б) Здесь наличие одинаковых множителей неочевидно. Придется выполнить некоторые преобразования для того, чтобы получить одинаковые множители в числителе и знаменателе. Для этого разложим знаменатель, используя формулу разности квадратов:
К числу основных действий с дробями относится приведение к новому знаменателю и сокращение дробей. Оба действия выполняют с соблюдением ряда правил. При сложении и вычитании дробей сначала дроби приводятся к общему знаменателю, после чего проводятся действия (сложение или вычитание) с числителями. Знаменатель остается прежним. Результатом наших действий является новая дробь, числитель которой является произведением числителей, а знаменатель есть произведение знаменателей.
Решение
Начнем с вычитания дробей, которые располагаются в скобках. Приведем их к общему знаменателю:
Теперь умножаем дроби:
Преобразование выражений с корнями и степенями
В задачах встречаются степенные выражения, которые содержат не только степени с дробными показателями, но и корни. Такие выражения желательно привести только к корням или только к степеням. Переход к степеням предпочтительнее, так как с ними проще работать. Такой переход является особенно предпочтительным, когда ОДЗ переменных для исходного выражения позволяет заменить корни степенями без необходимости обращаться к модулю или разбивать ОДЗ на несколько промежутков.
Представьте выражение x 1 9 · x · x 3 6 в виде степени.
Решение
На этом множестве мы имеем право перейти от корней к степеням:
x 1 9 · x · x 3 6 = x 1 9 · x · x 1 3 1 6
Используя свойства степеней, упростим полученное степенное выражение.
x 1 9 · x · x 1 3 1 6 = x 1 9 · x 1 6 · x 1 3 1 6 = x 1 9 · x 1 6 · x 1 · 1 3 · 6 = = x 1 9 · x 1 6 · x 1 18 = x 1 9 + 1 6 + 1 18 = x 1 3
Преобразование степеней с переменными в показателе
Мы можем заменить произведением степени, в показателях которых находится сумма некоторой переменной и числа. В левой части это можно проделать с первым и последним слагаемыми левой части выражения:
Преобразование выражений со степенями и логарифмами
Преобразование иррациональных выражений в математике с примерами решения и образцами выполнения
Иррациональными выражениями называют выражения, содержащие операцию извлечения корня. Другими словами, иррациональные выражения – это выражения с радикалами (выражения, содержащие в своей записи знаки корня).
Арифметический корень и его свойства
Определение арифметического корня: Пусть а—действительное число, a n — натуральное число, большее единицы. Поставим перед собой задачу: найти число х, такое, чтобы выполнялось равенство
Сначала рассмотрим конкретные примеры.








Эти примеры показывают, что поставленная задача при четном 

Если задача имеет решение, т. е. равенство 
Рассмотрим случай отыскания корня n-й степени из неотрицательного числа. Можно доказать, что если 


Арифметическим корнем n-й степени из положительного числа а называется такое положительное число, n-я степень которого равна а.
Для арифметического корня n-й степени из числа а принято обозначение 



Согласно определению запись 




Полагают также
Обратим внимание читателя на то, что, например,
Свойства арифметических корней
Условимся прежде всего о следующем: все переменные, которые встречаются в формулировках свойств и в примерах, рассматриваемых в настоящем и следующем пунктах, будем считать принимающими только неотрицательные значения. Кроме того, мы рассматриваем только арифметические корни, а потому каждый раз специально подчеркивать это не будем. Значит, мы будем писать: «корень n-й степени из неотрицательного числа», а читатель должен понимать, что речь идет об арифметическом корне.
1°. Корень n-й степени из произведения двух неотрицательных чисел равен произведению корней из этих чисел, т. е.
Доказательство:
Мы знаем, что 


Итак, рассмотрим выражение 
Так как 
Пример. Вычислить
Решение. По свойству 1° имеем
2°. Корень n-й степени из дроби, числитель которой неотрицателен, а знаменатель положителен, равен корню из числителя, деленному на корень из знаменателя, т. е.
Пример:
Доказательство этого свойства аналогично доказательству свойства 1°.
3°. Чтобы возвести корень n-й степени в натуральную степень k, достаточно возвести в эту степень подкоренное выражение и из полученного результата извлечь корень n-й степени, т. е.
Пример:
Доказательство:
По определению корня 

По свойству 3° степени с натуральным показателем (стр. 45) имеем
Так как 

4°. Чтобы извлечь корень из корня, нужно перемножить показатели корней, а подкоренное выражение оставить без изменения, т. е.
Пример:
Доказательство:
значит,
5°. Если показатель корня и показатель степени подкоренного выражения умножить или разделить на одно и то же натуральное число, то значение корня не изменится, т. е.
Пример:
Доказательство:
По определению корня 

По свойству 3° степени с натуральным показателем имеем
Значит,
Примеры:
Извлечь корень из произведения:
Решение:
а) Применив свойство 1° арифметических корней, получим:
Напомним, что мы в начале рассматриваемого пункта условились считать все переменные принимающими только неотрицательные значения. Не будь этого соглашения, мы не имели бы права писать 

2. Извлечь корень из дроби
Решение:
а) Обратим смешанное число 

б) воспользовавшись свойствами 2° и 1°, получим
3.Вынести множитель из-под знака корня:
Решение:
а) Представим подкоренное выражение 

Такое преобразование называется вынесением множителя из-под знака корня. Цель преобразования —упрощение подкоренного выражения;
В некоторых случаях оказывается полезным преобразование, в определенном смысле обратное только что рассмотренному, а именно: внесение множителя под знак корня. Пусть, например, нужно выяснить, какое из чисел больше: 


Сделаем аналогичное преобразование числа
Так как
4.Ввести множитель под знак корня:
Решение:

В рассмотренных примерах мы пользовались только определением корня и свойствами 1° и 2°. Рассмотрим теперь примеры использования свойств 3° и 4°.
Решение:
а) По свойству 3° имеем
Обычно стараются подкоренное выражение упростить, для чего выносят множители за знак корня. Имеем:
6.Выполнить действия:
Решение:
а) По свойству 4° арифметических корней имеем
б) преобразуем выражение 

Далее имеем
Рассмотрим, наконец, примеры, в которых используется свойство 5°.
Решение:
а) По свойству 5° мы имеем право показатель корня и показатель степени подкоренного выражения разделить на одно и то же натуральное число. Если в рассматриваемом примере разделить указанные показатели на 3, то получим
8.Упростить выражения:
Решение:
а) Из свойства 1° получаем, что для перемножения корней одной и той же степени достаточно перемножить подкоренные выражения, из полученного результата извлечь корень той же степени; значит,
в) выше мы видели, как перемножить корни одной и той же степени. В данном же примере требуется перемножить корни с различными показателями. Значит, прежде всего мы должны привести радикалы к одному показателю. Согласно свойству 5°, можно показатель корня и показатель степени подкоренного выражения умножить на одно и то же натуральное число; поэтому
А теперь разделим в полученном результате показатели корня и подкоренного выражения на 3:
г) приведем радикалы к одному показателю. Для этого, очевидно, нужно найти наименьшее общее кратное чисел 10 и 15; 
д) НОК чисел 4, 6, 10 равно 60, поэтому приведем все радикалы к показателю 60:
Тождество
Ответим на такой вопрос: если переменная а принимает как неотрицательные, так и отрицательные значения, то чему равен
Если 


Если 






Итак, можно записать, что
Но точно так же определяется модуль действительного числа
Таким образом, 
Вообще, если n — четное число, т.е. 
Так, если в рассмотренных примерах 1, а) и б) снять требование неотрицательности значений переменных, то решение примера выглядело бы следующим образом:
Дополнительные замечания о свойствах радикалов
Рассмотренные пять свойств арифметических корней, т. е. пять свойств радикалов безоговорочно верны для неотрицательных подкоренных выражений. Но при решении примеров на действия с радикалами нужно иметь в виду возможность отрицательных значений переменных, содержащихся под знаками радикалов.
Пусть а и b — отрицательные числа, а n — четное число. В этом случае написать 



Так как 
Итак, если n —четное число, а числа а и b имеют одинаковые знаки, то
Очень внимательно следует относиться к свойству 5°. Пусть, например, нужно упростить выражение 

В самом деле, 
Обобщение понятия о показателе степени
Постановка задачи: Напомним определение степени с натуральным показателем и ее свойства.
Определение
Основные свойства степени
В последующих пунктах речь пойдет об определениях степени с любым рациональным показателем.
Сначала мы определим степень с положительным дробным показателем, далее степень с нулевым показателем и затем степень с отрицательным рациональным показателем. Ясно, что ни на один из этих случаев не переносится данное выше определение, например 
Степень с положительным дробным показателем
Пусть 




Доказательство. Согласно предложенному определению степени с положительным дробным показателем имеем: 

Далее имеем 
Доказательство:
Воспользуемся свойствами возведения радикала в степень и извлечения корня из корня:
Аналогично можно показать, что будут выполняться свойства:
Итак, при предложенном определении степени с положительным дробным показателем основные свойства степени выполнены. Значит, определение удачно и его можно принять.
Определение:
Если
Например, 

На практике при выполнении действий над радикалами довольно часто переходят к дробным показателям.
Примеры:
Выполнить умножение:
Решение:
2.Разложить на множители
Решение:
Степень с нулевым показателем
При выборе определения мы также будем руководствоваться требованием, чтобы на случай степени с нулевым показателем распространялись свойства 1°—5° степени с натуральным показателем (впрочем, теперь мы уже вправе говорить о распространении свойств степени с положительным рациональным показателем). В частности, при умножении степеней с одинаковым основанием показатели должны складываться, т. е. должно выполняться равенство
так как 



Определение:
Если
Например,
Степень с отрицательным рациональным показателем
Пусть 

Покажем, например, что
Остальные свойства проверяются аналогично.
Определение:
Если
Например,
Замечание:
Если r—целое число, то полагают а 
Мы определили понятие степени с любым рациональным показателем. Эта степень обладает следующими свойствами (мы полагаем а > 0, b > 0, 
Заметим, что после введения нулевого и отрицательного показателей мы имеем право в свойстве 2° не делать оговорки, что
Тождественные преобразования иррациональных выражении
Тождественно равные выражения на данном множестве: По определению (стр. 47) тождественно равными выражениями называются такие, у которых все соответственные значения равны. Согласно этому определению выражения 




Однако на множестве всех неотрицательных чисел все соответственные значения выражений 

Определение:
Два выражения называются тождественно равными на данном множестве, если на этом множестве они имеют смысл и все их соответственные значения равны.
Например, выражения 



Тождественные преобразования иррациональных выражений
Выражение с переменными называется иррациональным, если оно содержит извлечение корня из переменной или возведение переменной в дробную степень.
Тождественные преобразования иррациональных выражений выполняются, как правило, на множестве неотрицательных чисел. Это вытекает из введенных ранее определений. Например, сократим дробь 


Проделанное нами тождественное преобразование выполнено на множестве неотрицательных чисел, т. е. при 
Примеры:
Решение:
Здесь целесообразно применить прием избавления от иррациональности в знаменателе. Для этого умножим числитель и знаменатель первой дроби на 
Аналогично поступим со второй дробью (теперь выражением, сопряженным для знаменателя, является
Для того чтобы избавиться от иррациональности в знаменателе третьей дроби, умножим числитель и знаменатель этой дроби на
Таким образом, имеем
Решение:
Прежде всего подумаем, нельзя ли сократить первую дробь. Выражение, стоящее в числителе, можно преобразовать так:

Таким образом, последовательное сокращение дробей при тождественных преобразованиях иррациональных выражений обеспечивает достаточную простоту решения. Проиллюстрируем эту мысль еще на одном примере.
Решение:
Попытка привести дроби, стоящие в числителе, к общему знаменателю без предварительных сокращений этих дробей приведет решение к неоправданному усложнению. Поэтому в первую очередь надо сократить эти дроби, а затем произвести указанные действия:

Идея сокращения дробей лежит и в основе тождественных преобразований выражений, содержащих степени с рациональными показателями.
Решение:
Подчеркнем, что проделанные нами в примере 4 тождественные преобразования выполнены на множестве положительных чисел, т. е. при
Иногда множество, на котором выполняются преобразования, имеет более сложную природу. Поясним это на следующем примере.
Решение:
Рассмотрим выражение 




После этих наблюдений мы можем заданное выражение переписать в виде
Выше мы отмечали, что 
По смыслу примера имеем (заданное выражение содержит 


Теперь нужно рассмотреть два случая: 

Ответ:
Решение заданий и задач по предметам:
Дополнительные лекции по высшей математике:
Образовательный сайт для студентов и школьников
Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.
© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

























































































































































