强基初中数学&学Python——第七课 乘方与开方

    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

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)。