2017_2018学年高中数学第三章指数函数和对数函数3.2指数扩充及其运算性质学案北师大

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3.2 指数扩充及其运算性质[核心必知]1.分数指数幂 (1)定义:给定正实数a ,对于任意给定的整数m ,n (m ,n 互素),存在唯一的正实数b ,使得b n=a m,把b 叫作a 的m n 次幂,记作b =a mn,它就是分数指数幂.(2)几个结论:①正分数指数幂的根式形式:a mn=na m(a >0).②负分数指数幂的意义:a -m n =1a m n (a >0,m ,n ∈N +,且n >1).③0的正分数指数幂等于0,0的负分数指数幂无意义.2.指数幂的运算性质若a >0,b >0,对任意实数m ,n ,指数运算有以下性质:(1)a m·a n=a m +n;(2)(a m )n =am ·n;(3)(ab )m =a m b m.[问题思考]1.若b 2=53,则b =532,b 叫作5的32次幂吗?提示:不一定,当b >0时,可以;当b <0时,b 不叫作5的32次幂.2.为什么分数指数幂中规定整数m ,n 互素?提示:如果没有这个规定将导致幂的运算结果出现矛盾.例如:a 13中,底数a ∈R ,当a <0时,a 13<0,而如果把a 13写成a 26,有两种运算:一是a 26=(a 16)2就必须a ≥0;二是a 26=(a 2)16,在a <0时,a 26的结果大于0,与a 13<0相矛盾.所以规定整数m 、n 互素.3.分数指数幂a m n 可以理解为m n个a 相乘,对吗?提示:分数指数幂a m n 不可理解为m n个a 相乘,它是根式的一种新的写法,规定:a m n=(na )m=na m(a >0,n 、m ∈N +,且m n为既约分数),a -mn=1a mn=1(n a )m =1na m(a >0,n 、m ∈N+,且m n为既约分数).讲一讲1.用分数指数幂表示下列各式. (1)a a (a >0); (2)13x (5x 2)2;(3)(4b -23)-23(b >0).此类问题应熟练应用a m n =n a m(a >0,m ,n ∈N +,且n >1).当所求根式含有多重根号时,要搞清被开方数,由里向外用分数指数幂写出,然后再根据性质进行化简.练一练1.用分数指数幂表示下列各式. (1)82; (2)a 2·3a 2; (3) a 12a 12·a (a >0);(4)a 2a ·3a 2(a >0).解:(1)82=23·212=23+12=272. (2)原式=a 2·a 23=a 2+23=a 83.(3)原式=a12a 12·a12= a12a = a 12a 12= a =a 12.(4)原式=a 2a 12a 23=a 2-12-23=a 56.讲一讲 2.计算或化简. (1)a 3b 2(2ab -1)3;(2)(0.064)-13-⎝ ⎛⎭⎪⎫-780+[(-2)3]-43+ 16-0.75+||-0.0112;(3)⎝ ⎛⎭⎪⎫2790.5+0.1-2+⎝ ⎛⎭⎪⎫21027-23-3π0+3748; (4) 3a 92a -3÷ 3a -7·3a 13(a >0);(5)42+1·23-22·8-23.[尝试解答] (1)原式=a 3b 223a 3b -3=8a 6b -1.(2)原式=[(0.4)3]-13-1+(-2)-4+2-3+[(0.1)2]12=(0.4)-1-1+116+18+0.1=14380. (3)原式=⎝ ⎛⎭⎪⎫25912+102+⎝ ⎛⎭⎪⎫6427-23-3+3748=53+100+916-3+3748 =100.(4)原式=[a 13×92·a 13×(-32)]÷[a 12×(-73)·a 12×133] =a 96-36+76-136=a 0=1. (5)原式=(22)2+1·23-22·(23)-23=222+2·23-22·2-2=222+2+3-22-2=23=8.进行分数指数幂的运算要熟练掌握分数指数幂的运算性质,并灵活运用.一般地,进行指数幂运算时,化负指数为正指数,化根式为分数指数幂,化小数为分数运算,同时还要注意运算顺序问题.练一练2.计算或化简下列各式.(1)0.027-13-⎝ ⎛⎭⎪⎫-17-2+⎝ ⎛⎭⎪⎫27912-(2-1)0;(2)⎝ ⎛⎭⎪⎫14-12·(4ab -1)30.1-2(a 3b -3)12; (3)a 43-8a 13b4b 23+23ab +a 23÷⎝⎛⎭⎪⎫1-23b a ×3a .解:(1)原式=⎝⎛⎭⎪⎫271 000-13-⎝ ⎛⎭⎪⎫17-2+⎝ ⎛⎭⎪⎫25912-1=103-49+53-1=-45. (2)原式=(2-2)-12·432·a 32·b -32⎝ ⎛⎭⎪⎫110-2·a 32·b -32=2·23102=425. (3)原式=a 13(a -8b )4b 23+2a 13b 13+a 23÷a 13-2b13a 13×a 13=a 13(a 13-2b 13)(a 23+2a 13b 13+4b 23)4b 23+2a 13b 13+a 23·a13a 13-2b 13·a 13=a 13·a 13·a 13=a .讲一讲3.已知a 12+a -12=3,求下列各式的值:(1)a +a -1; (2)a 2+a -2;.[尝试解答] (1)将=3两边平方,得a +a -1+2=9,即a +a -1=7. (2)将a +a -1=7两边平方,有a 2+a -2+2=49.∴a 2+a -2=47.=a +a -1+1=8.对“条件求值”问题,一定要弄清已知与未知的联系,然后采取“整体代换”或“求值后代换”两种方法求值.要注意正确地变形及平方、平方差等公式的应用,含开方运算时还要注意其符号问题.练一练3.(1)若102x=25, =5,则10y -x=________;(2)若=m ,则a 2+1a=________.解析:(1)由102x =25,得10x=5, ∴10-x=(10x )-1=5-1,而==5,∴10y =52,则10y -x=10y ·10-x =52·5-1=5. (2)由=m ,两边平方得:a +a -1-2=m 2,∴a +a -1=m 2+2,故a 2+1a=a +a -1=m2+2.答案:(1)5 (2)m 2+2设a 2n =3,a >0,求a 3n +a -3na n +a -n的值.[解] 法一:由a 2n =3,a >0得a n =3,a -n =13,a 3n =(3)3=33,a -3n=133. ∴a 3n +a -3n a n +a -n=33+1333+13=(33)2+13×33+3=2812=73. 法二:a 3n +a -3na n +a-n =(a n +a -n )(a 2n -a n a -n +a-2n)a n +a -n=a 2n-1+a-2n=3-1+13=73.[尝试用另一种方法解题]法三:a 3n +a -3na n +a -n =a 3n +1a 3na n+1an=a 6n +1a 2n (a2n +1)=33+13(3+1)=73.1.计算等于( )A.9 B.3C.±3 D.-3解析:选B 由35=243,得=3.2.下列各式运算错误的是( )A.(-a2b)2·(-ab2)3=-a7b8B.(-a2b3)3÷(-ab2)3=a3b3C.(-a3)2·(-b2)3=a6b6D.[(a3)2·(-b2)3]3=-a18b18解析:选C 对C,(-a3)2·(-b2)3=a6·(-b6)=-a6b6≠a6b6.3.a3a·5a4(a>0)的值是( )A.1 B.a解析:选D 原式=4.若b-3m=π2n(b>0,m,n∈N+),则b=________.解析:由b-3m=π2n,得b=答案:5.已知x-3+1=a,则a2-2ax-3+x-6的值为________.解析:∵x-3+1=a,∴a-x-3=1,∴a2-2ax-3+x-6=(a-x-3)2=1.答案:16.求值:2(32×3)6+-42×80.25+(-2 013)0.解:原式=+-4×74-+1=2×22×33+2-7-2+1=210.一、选择题1.下列根式与分数指数幂互化中正确的是( )2.将 3-22化为分数指数幂的形式为( )解析:选B 原式=3.计算的结果是( )A. 2 B .- 2 C.22 D .-22解析:选A 原式=== 2.4.若x >0,则等于( )A .-23B .23解析:选A 原式=二、填空题解析:原式=14×16-4-4=-4.答案:-46.若x <0,则||x -x 2+x 2||x =________.解析:原式=||x -||x +|x ||x |=1.答案:17.若xy =8,且x >0,y >0,则=________.解析:原式==-2.答案:-28.已知10α=2,100β=3,则=________. 解析:∵100β=3,即102β=3,∴10β=.∴=106α-β=(10α)610β==6433.答案:6433三、解答题9.(1)计算:;(2)化简:(a >0,b >0).解:(1)原式=42+1-3=14. (2)原式==1a.10.已知f (x )=a x -a -x ,g (x )=a x+a -x(a >1). (1)求[f (x )]2-[g (x )]2的值;(2)设f (x )·f (y )=4,g (x )·g (y )=8,求g (x +y )g (x -y )的值.解:(1)[f (x )]2-[g (x )]2=(a x -a -x )2-(a x+a -x )2=2a x ·(-2a -x)=-4.(2)∵f (x )·f (y )=4,∴(a x-a -x)(a y -a -y)=4. ∴ax +y+a-(x +y )-ax -y-ay -x=4,即g (x +y )-g (x -y )=4.① ∵g (x )·g (y )=8, ∴(a x+a -x)·(a y +a -y)=8. ∴ax +y +a-(x +y )+ax -y+ay -x=8,即g (x +y )+g (x -y )=8.② 由①②得g (x +y )=6,g (x -y )=2.∴g (x +y )g (x -y )=3.。