观察下面的两对运算:
7+3=10,10-3=7;
7×3=21,21÷3=7。
四则运算都是双操作数(需要2个数来运算)的,加与减、乘与除是两对互逆的运行。一般情况逆运算用于求未知数:
x+3=10,x=10-3=7;
y×3=21,y=21÷3=7。
如果在乘法中的两个操作数相同:
y×y=81,
再也无法用乘法的逆运算——除法来求解y的值了。为了解决这个问题,这种自乘(同样的数相乘)的运算用乘方来表示。
aⁿ=b,n个相同因数乘积的运算,叫做乘方(aⁿ),乘方的结果(b)叫做幂(power)。其中,a叫做底数(base number),n叫做指数(exponent)。aⁿ读作“a的n次幂”或“a的n次方”。上面的等式按乘方的定义可以写成:
y²=81,
读:y的2次方(或2次幂,或平方)等于81。
一个数都可以看作自己本身的一次方:
a1=a
指数1通常省略不写。在写分数和负数的n次方时要加括号,例如:
(-2)²,()²。
除了0以外的任何数的0次方均等于1:
a0=1(a≠0)。
乘方运算虽然有2个操作数,但没有操作符,比乘和除的优先级高(一定要注意了!)。
由于
9²=81和 (-9)²=81
相反的运算过程(逆运算)得到
y=9和y=-9。
我们把乘方的逆运算叫做开方。上面的指数是2,它的逆运算就是开二次方或开平方(extraction of square root);如果指数是3,那逆运算是开三次方或开立方;其它情况只叫“开多少次方”。那开方的结果是怎样表示的呢?
一般地,如果一个正数x的平方等于a,即x²=a,那么这个正数x叫做a的算术平方根( arithmetic square root)。a的算术平方根记为,读作“根号a”,a叫做被开方数( radicand)。
由上面的例子可以看到,一个正数开平方运算是一对相反数,为了能在一条式子中表示加或减运算及相反数结果,引入了±(加减号或正负号),这样81的开平方结果可以表示为:
y=±9。
容易发现,其中正的平方根就是算术平方根。为什么不直接叫正平方根,而叫算术平方根呢?这可能是历史原因造成,所谓的“根”就是解的意思,也许古时候不考虑负数,只求方程的正解,就叫这个正解平方根。现在为了区别,也为了继承历史就把正平方根叫做算术平方根。不要纠结正平方根和算术平方根名称上的差别,反正都是指一样的东西。先得出算术平方根,再取相反数就到全部的解(平方根)。
规定:0的算术平方根是0:
先看看平分东西的情况,例如2人平分3个苹果,每人分得个苹果。3和2都是整数,但分得的苹果数不是整数,我们干脆把它的计算过程写下来当作结果,为了区分把÷号两点去掉,被除数写上面,除数写下面就成了分数。分数号的实质是除法,我们也用分数号当作除号来用。由于:
+=3,
得到平分东西时,全部份的数量加起来等于总数。
类比一下,只考虑正数,可以认为开方是用乘法代替加法的平分数量操作,每份相乘起来等于总数(被开方数)。当被开方数不是有理数的乘方数(乘方次数等于开方次数),开方的结果就是一个无理数。无理数用小数的形式是无限位不循环小数,怎样表示它呢?用类似分数的方法吧!直接把运算符(开方号或根号)和被开方数写下来表示无理数。
一般情况,当被开方的是一个代数(例如:)或无法被开方的数(例如:),我们认为它表示一个无理数,否则认为是算术开方操作(当开方次数为偶数时,不考虑相反数),例如:
=2,不是√4=±2。
练习题:
1、一定能被计算机的二进制数准确记录的不大的数是(多选):
(A)自然数 (B)整数 (C)有理数 (D)无理数 (F)实数
2、下面说法是否正确:
(A)自然数加自然数或自然数乘自然数一定是自然数;
(B)自然数减自然数一定是自然数;
(C)自然数除以非零自然数一定是自然数;
(D)整数减整数一定是整数;
(E)整数除以非零整数一定是整数;
(F)有理数除以非零有理数一定是有理数;
(G)无理数除以非零无理数一定是无理数;
(H)无理数加无理数一定是无理数;
(I)无理数减无理数一定是无理数;
(J)无理数乘无理数一定是无理数;
(K)非负有理数开方一定是有理数;
(L)非负实数开方一定是实数。
3、直接写出下面数的算术平方根:
(A)625 (B)169 (D)0.0144 (E)256 (F)0.0121
4、直接写出下面数的立方根:
(A)-27 (B)0.125 (D)-0.001 (E)64 (F)2
学Python时间:
1、乘方
方式有三种:
底数**指数;
pow(底数, 指数);
import math后math.pow(底数, 指数)。
注意:计算2的3次方,前面2种结果是整数,后面一种结果是浮点数。
2、开方
与乘方对应,尝试连除号(//):
连除号是整除号!
主要有三种方法:
被开方数**开方次数的倒数;
pow(被开方数, 开方次数的倒数);
import math后math.pow(被开方数, 开方次数的倒数)。
开平方还有:
import math后math.sqrt(被开方数)
练习题:
用Python比较下面两个算式的大小:
然后提出你的猜想,尝试用数学方法证明你的猜想。(注:无次数根号是开平方)。