кРепетито · методичка · 7–10 класс · ОГЭ · ЕГЭ
Степени и их свойства
Степень с натуральным, нулевым, отрицательным и дробным показателем; пять свойств и как ими сокращать выражения.
Степень — сокращённая запись умножения одинаковых множителей. Свойства степеней нужны везде: в вычислениях ОГЭ, в стандартном виде числа, в показательных уравнениях и логарифмах. Их всего пять, но применять их надо безошибочно.
Определения
$a^n = \underbrace{a \cdot a \cdot \ldots \cdot a}_{n}$ — степень с натуральным показателем: $a$ — основание, $n$ — показатель.
$a^0 = 1$ при $a \ne 0$; $\quad a^{-n} = \dfrac{1}{a^n}$; $\quad a^{\frac{m}{n}} = \sqrt[n]{a^m}$ при $a \gt 0$.
Знак степени отрицательного числа зависит от чётности показателя: $(-3)^2 = 9$, $(-3)^3 = -27$. Без скобок минус не возводится: $-3^2 = -9$.
Свойства степеней
Пять свойств
| Свойство | Формула | Пример |
|---|---|---|
| произведение степеней | $a^m \cdot a^n = a^{m+n}$ | $2^3 \cdot 2^4 = 2^7$ |
| частное степеней | $a^m : a^n = a^{m-n}$ | $5^8 : 5^6 = 5^2$ |
| степень степени | $(a^m)^n = a^{mn}$ | $(3^2)^4 = 3^8$ |
| степень произведения | $(ab)^n = a^n b^n$ | $(2x)^3 = 8x^3$ |
| степень дроби | $\left(\dfrac{a}{b}\right)^n = \dfrac{a^n}{b^n}$ | $\left(\dfrac{2}{3}\right)^2 = \dfrac{4}{9}$ |
Свойства работают только для одинаковых оснований (первые три) или одинаковых показателей (последние два). Сумму степеней в одну степень не собрать: $2^3 + 2^4 \ne 2^7$.
Разобранные примеры
Пример 1.
Найдите значение выражения $\dfrac{3^{10} \cdot 3^{-4}}{3^5}$.
Решение. $3^{10 + (-4) - 5} = 3^1 = 3$.
Ответ: 3.
Пример 2.
Найдите значение $\dfrac{4^5 \cdot 2^3}{8^4}$.
Решение. Приводим к основанию 2: $4^5 = 2^{10}$, $8^4 = 2^{12}$. Получаем $\frac{2^{10} \cdot 2^3}{2^{12}} = 2^{13 - 12} = 2$.
Ответ: 2.
Пример 3.
Найдите значение $\dfrac{6^7}{2^5 \cdot 3^6}$.
Решение. $6^7 = 2^7 \cdot 3^7$. Тогда $\frac{2^7 \cdot 3^7}{2^5 \cdot 3^6} = 2^2 \cdot 3 = 12$.
Ответ: 12.
Пример 4.
Упростите $\dfrac{(a^3)^4 \cdot a^{-2}}{a^7}$ и найдите значение при $a = 2$.
Решение. $a^{12} \cdot a^{-2} : a^7 = a^{12 - 2 - 7} = a^3$. При $a = 2$ получаем 8.
Ответ: 8.
Пример 5 (дробный показатель).
Вычислите $27^{\frac{2}{3}} + 16^{-\frac{1}{4}}$.
Решение. $27^{\frac{2}{3}} = \left(\sqrt[3]{27}\right)^2 = 3^2 = 9$. $16^{-\frac{1}{4}} = \frac{1}{\sqrt[4]{16}} = \frac{1}{2}$. Сумма $9{,}5$.
Ответ: 9,5.
Стандартный вид числа
Число записывают как $a \cdot 10^n$, где $1 \le a \lt 10$: $45\,000 = 4{,}5 \cdot 10^4$, $0{,}0032 = 3{,}2 \cdot 10^{-3}$. При умножении таких чисел перемножают мантиссы и складывают показатели: $(2 \cdot 10^3)(4 \cdot 10^{-5}) = 8 \cdot 10^{-2} = 0{,}08$.
Степени, которые полезно знать
| $n$ | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| $2^n$ | 2 | 4 | 8 | 16 | 32 | 64 | 128 | 256 | 512 | 1024 |
| $3^n$ | 3 | 9 | 27 | 81 | 243 | 729 | ||||
| $5^n$ | 5 | 25 | 125 | 625 | 3125 |
Ещё разборы
Пример 6 (вынесение общего множителя).
Найдите значение $\dfrac{2^{10} - 2^8}{2^7}$.
Решение. В числителе выносим меньшую степень: $2^8(2^2 - 1) = 2^8 \cdot 3$. Делим: $\frac{2^8 \cdot 3}{2^7} = 2 \cdot 3 = 6$.
Ответ: 6.
Пример 7 (сравнение степеней).
Что больше: $2^{30}$ или $3^{20}$?
Решение. Приведём к одинаковому показателю: $2^{30} = (2^3)^{10} = 8^{10}$, $3^{20} = (3^2)^{10} = 9^{10}$. Так как $9 \gt 8$, то $3^{20} \gt 2^{30}$.
Ответ: $3^{20}$.
Пример 8 (одночлены).
Упростите $(-2a^3b)^3 \cdot 3a^2b^4$.
Решение. $(-2)^3 a^9 b^3 = -8a^9b^3$. Умножаем: $-8 \cdot 3 \cdot a^{9+2} b^{3+4} = -24a^{11}b^7$.
Ответ: $-24a^{11}b^7$.
Коротко о главном
- При умножении показатели складываются, при делении вычитаются, при возведении степени в степень перемножаются.
- Разные основания приводим к общему: 4, 8, 16 → 2; 9, 27 → 3; 6 → $2 \cdot 3$.
- $a^0 = 1$, $a^{-n} = \frac{1}{a^n}$, $a^{m/n} = \sqrt[n]{a^m}$.
- Сумма степеней не сворачивается — выносим общий множитель.
Задачи посложнее
Пример 9 (последняя цифра степени).
Какой цифрой оканчивается $7^{2025}$?
Решение. Последние цифры степеней семёрки повторяются с периодом 4: $7, 9, 3, 1, 7, 9, \ldots$ Так как $2025 = 4 \cdot 506 + 1$, последняя цифра такая же, как у $7^1$.
Ответ: 7.
Пример 10 (дробь со степенями, ОГЭ №8).
Найдите значение $\dfrac{(5^{-3})^2 \cdot 5^{9}}{5^{2}}$.
Решение. $5^{-6 + 9 - 2} = 5^1 = 5$.
Ответ: 5.
Частый вопрос: «Почему $a^0 = 1$?» Из свойства частного: $\frac{a^3}{a^3} = a^{3-3} = a^0$, а с другой стороны число, делённое само на себя, равно 1. Так же объясняется $a^{-n} = \frac{a^0}{a^n} = \frac{1}{a^n}$.
- Перемножать показатели при умножении степеней: $a^2 \cdot a^3 = a^5$, а не $a^6$.
- Считать $a^{-2}$ отрицательным числом: $2^{-2} = \frac{1}{4} \gt 0$.
- Писать $0^0 = 1$ или $5^0 = 0$. Верно: $5^0 = 1$, а $0^0$ не определено.
- Раскрывать $(a + b)^2$ как $a^2 + b^2$ — это не свойство степени (см. формулы сокращённого умножения).
Задачи для самопроверки
- Вычислите $\dfrac{2^{-3} \cdot 2^9}{2^4}$.
Ответ
$2^2 = 4$.
- Вычислите $\dfrac{9^4}{3^7}$.
Ответ
$3^8 : 3^7 = 3$.
- Вычислите $\dfrac{10^5}{2^4 \cdot 5^3}$.
Ответ
$\frac{2^5 \cdot 5^5}{2^4 \cdot 5^3} = 2 \cdot 25 = 50$.
- Вычислите $\left(\frac{1}{3}\right)^{-2} - 5^0$.
Ответ
$9 - 1 = 8$.
- Вычислите $8^{\frac{4}{3}}$.
Ответ
$2^4 = 16$.
- Запишите в стандартном виде $0{,}000\,705$.
Ответ
$7{,}05 \cdot 10^{-4}$.
- Вычислите $(1{,}5 \cdot 10^{-2}) \cdot (4 \cdot 10^{5})$.
Ответ
$6 \cdot 10^3 = 6000$.
Задачи по теме на сайте
- Математика 7 класс → №1 · Степень с натуральным показателем → Свойства степеней — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/matematika-7-klass/matematika-7-klass-razdel-1/matematika-7-klass-razdel-1-svoystva-stepeney/
- Математика 7 класс → №1 · Степень с натуральным показателем → Вычисление степеней — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/matematika-7-klass/matematika-7-klass-razdel-1/matematika-7-klass-razdel-1-vychislenie-stepeney/
- Математика 8 класс → №10 · Степень с целым показателем → Степень с целым показателем — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/matematika-8-klass/matematika-8-klass-razdel-10/matematika-8-klass-razdel-10-stepen-s-tselym-pokazatelem/
- Математика 9 класс → №3 · Системы уравнений второй степени → Системы с уравнением второй степени — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/matematika-9-klass/matematika-9-klass-razdel-3/matematika-9-klass-razdel-3-sistemy-s-uravneniem-vtoroy-stepeni/
- Математика 10 класс → №2 · Корни и степени → Корень n-й степени — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/matematika-10-klass/matematika-10-klass-razdel-2/matematika-10-klass-razdel-2-koren-n-y-stepeni/
- Математика 10 класс → №2 · Корни и степени → Степень с рациональным показателем — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/matematika-10-klass/matematika-10-klass-razdel-2/matematika-10-klass-razdel-2-stepen-s-ratsionalnym-pokazatelem/
- Математика 10 класс → №4 · Показательные уравнения → Простейшие показательные уравнения — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/matematika-10-klass/matematika-10-klass-razdel-4/matematika-10-klass-razdel-4-prosteyshie-pokazatelnye-uravneniya/
- ОГЭ → №8 · Степени и корни → Значение выражения со степенями — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/oge-matematika/oge-matematika-zadanie-8/oge-matematika-zadanie-8-znachenie-vyrazheniya-so-stepenyami/
- Математика (профиль) → №6 · Уравнения → Иррациональные, показательные и логарифмические уравнения — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/matematika/zadanie-6/zadanie-6-irratsionalnye-pokazatelnye-i-logarifmicheskie-uravneniya/
- Математика (профиль) → №7 · Вычисления и преобразования → Степени и корни — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/matematika/zadanie-7/stepeni-i-korni/
- ЕГЭ база → №16 · Преобразования выражений → Степени, корни, логарифмы — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/ege-baza/ege-baza-zadanie-16/ege-baza-zadanie-16-stepeni-korni-logarifmy/
- Математика 7 класс → №1 · Степень с натуральным показателем — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/matematika-7-klass/matematika-7-klass-razdel-1/
- Математика 8 класс → №10 · Степень с целым показателем — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/matematika-8-klass/matematika-8-klass-razdel-10/
- Математика 9 класс → №2 · Неравенства второй степени — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/matematika-9-klass/matematika-9-klass-razdel-2/