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楼主: 永远

指数幂计算问题,到底指数幂与根式之间是怎么转化的

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发表于 2023-1-2 17:58 | 显示全部楼层

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发表于 2023-1-2 21:30 | 显示全部楼层
本帖最后由 春风晚霞 于 2023-1-3 08:18 编辑

ysr先生:
        根式的基本性质\(\sqrt{a^2}=| a |\)不是“无需证明”,而是你的理论无法证明。符号\(\sqrt{a^2}\)的数学解释为“数a的平方的算术平方根”,先生觉得对\(\sqrt{a^2}\)还需附加什么说明?如果我们把\(\sqrt{a^2}\)表成有理分数幂,那不就是\(\sqrt{a^2}=a^\frac{2}{2}\)吗?
       如果按先生“能约分的指数,必须先约分”那不就是\(\sqrt{a^2}=a\)吗?很明显,当a<0时,等式\(\sqrt{a^2}=a\)不成立!a<0时\(\sqrt{a^2}=a\)不能立,不正好说明“能约分的指数,必须先约分”值得商榷吗?或者说对a<0这种特殊情形指数就不能约分,更不能先约分
       至于“手机百度上搜索最佳答案是-8”的问题,楼主也搜索过类似的答案(参见本主题下34#)。如果把楼主搜索的题目:\((-1)^\frac{6}{2}\)等于\((-1)^3\)吗?换成\((-2)^\frac{6}{2}\)等于\((-2)^3\)吗?那其相应的解答不就是\((-2)^\frac{6}{2}=\)\(\sqrt{(-2)^6}\)\(=\sqrt{64}=8\)\(\quad(-2)^3=-8\)\(\quad\)∴\(\quad\)\((-2)^\frac{6}{2}\)≠\((-2)^3\)吗?
       ysr先生:正因为“此题的答案就是要求唯一的”,所以当网上出现多个互异的“最佳答案”时,我们就需要根据代数运算顺序和运算法则(也就是你所说的课本上的规则)从多个互异的“最佳答案”中选出那个符合数理逻辑的“最佳答案”来,以便对这些互异的“最佳答案”作出客观、公正的评判,也只有这样才是严谨的治学之道。
       ysr先生:谁信\((-2)^\frac{6}{2}=8\),谁信\((-2)^\frac{6}{2}=-8\),本来与米岁之人无甚关系。也许是曾经讲师范数学养成的职业习惯吧,退休几十年了仍未忘传道、授业、解惑之初衷。ysr先生,我手边也没有现行的高中课本,为和网友们交流数学学习的心得,我对现行数学课程的教学大纲和考试大纲的了解,比不是师范数学专业毕业的专家、学者(如曹俊云、范秀山等教授)多了一些关注罢了。

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ysr
不知道有这样的规定没有  发表于 2023-1-3 11:21
ysr
应该规定当a<0时,若n为偶数则(a开n次方)^n=-a,若n为奇数则(a开n次方)^n=a  发表于 2023-1-3 11:17
ysr
课本上有(a开n次方)^n=a,是限定a>=0的  发表于 2023-1-3 11:14
ysr
课本上有(根号a)^2=a,是限定a>=0的  发表于 2023-1-3 11:11
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 楼主| 发表于 2023-1-3 11:24 | 显示全部楼层
春风晚霞 发表于 2023-1-2 21:30
ysr先生:
        根式的基本性质\(\sqrt{a^2}=| a |\)不是“无需证明”,而是你的理论无法证明。符号\(\s ...


到当地的新华书店去,有卖的课本,我已买了部分课本

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ysr
额,好像课本上不讨论a<0的情况  发表于 2023-1-3 14:01
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发表于 2023-1-3 15:23 | 显示全部楼层
本帖最后由 春风晚霞 于 2023-1-4 16:08 编辑

@永远先生、ysr先生:
       因为我曾向楼主学过用Latex代码编辑数学上下加字的长等号,所以先回答楼主的问题,再回答ysr的点评。
       楼主建议“到当地的新华书店去,有卖的课本”的,我就不必了。因为我手边师范大学教科书《初等代数研究》,对根式和指数式讲解就足够详尽了。师范大学的教科书,不仅详尽介绍了根式和指数式的概念,也详尽讨论了根式和指数式相互转化的条件和方法,所以垂暮之年也就不去新华书点购买高中数学教材了。我祝贺楼主已买了高中部分课本,我相信楼主一定能在阅读教材的基础上融会贯通、举一反三。
       现逐条回答ysr先生在对72#对拙帖的点评:
       1、ysr先生于2023-1-3 11:11发表点评说“课本上有(根号a)^2=a,是限定a>=0的。”请先生注意\((\sqrt a)^2\)的数学解释为“数a的算术平方根的平方”,当然应该有a≥0这个限制条件,否则在实数域内\(\sqrt a\)无意义(即实数域内负数不允许开平方)。所以在a≥0这个限制条件下等式\((\sqrt a)^2\)=a成立。特别注意,在实数城内,即使没有a≥0这个限制条件,等式\(\sqrt{a^2}=| a |\)也是成立的!因为在实数域内不管a>0还是a<0都有\(a^2\)>0,也就是说不管a>0还是a<0,\(\sqrt{a^2}=| a |\)都是成立的。
       2、ysr先生于2023-1-3 11:14发表点评说“课本上有(a开n次方)^n=a,是限定a>=0的”,课本上对\((\sqrt[n]{a})^n\)有限制条件a≥0 ,这是因为a≥0 是\(\sqrt[n]{a}\)成立的充分条件,否则当a<0,n=2k,\(\sqrt[n]{a}\)在实数域内无意义,从而\((\sqrt[n]{a})^{2k}\)在实数域内也无意义。
       3、ysr先生于2023-1-3 11:17发表点评说“应该规定当a<0时,若n为偶数则(a开n次方)^n=-a,若n为奇数则(a开n次方)^n=a”.ysr先生,当a<0时,\((\sqrt[2k]{a})^{2k}\)=-a?作为特例取a=-1,n=2;则\((\sqrt{-1})^2\)=-1≠1;所以a<0时,\((\sqrt[2k]{a})^{2k}\)=-a是没有道理的。\((\sqrt[2k+1]{a})^{2k+1}\)=a这倒没有什么问题。
       4、ysr先生于2023-1-3 11:21提问“不知道有这样的规定没有?”春风晚霞可以明确告诉你,像a<0时,\((\sqrt[2k]{a})^{2k}\)=-a这种违背数理逻辑的规定过去没有,现在没有,将来也不会有!
       最后再次提请楼主注意:在实数范围内决定等式\(a^\frac{p}{q}=\sqrt[q]{a^p}\)成立的不仅有a≥0这个充分条件,还有\(a^p\)>0这个必要条件。如在实数域内\((-1)^\frac{10}{4}\)=\(\sqrt[4]{(-1)^{10}}\)是成立的,这是因为在实数城内\((-1)^{10}\)=1,所以\(\sqrt[4]{1}\)存在并且取值唯一。但\((-1)^\frac{5}{2}\)=\(\sqrt{(-1)^5}\)在实数域中不存在,这是因为\((-1)^5=-1\),实数域内负数不能开偶次方。由此可见不按代数运算优先级别和同级运算依次运算的计算结果将会丢失实数域内应该取得的值!
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发表于 2023-1-3 15:40 | 显示全部楼层
也可看看奇函数y=x^3的图象,就知道(一2)^(6/2)=?

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在迁就先约简分数的情况下,把\((-2)^\frac{6}{2}\)看成奇函数y=\(x^3\),那么(一2)^(6/2)=-8.  发表于 2023-1-3 16:10
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发表于 2023-1-3 20:23 | 显示全部楼层
扯犊子,迁就是个啥玩意?
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发表于 2023-1-4 06:48 | 显示全部楼层
本帖最后由 春风晚霞 于 2023-1-4 06:55 编辑
波斯猫猫 发表于 2023-1-3 20:23
扯犊子,迁就是个啥玩意?


网上计算\((-2)^\frac{6}{2}\)有两种“最佳答案”,两种“最佳答案”对应两种解题过程:
①、\((-2)^\frac{6}{2}=\sqrt{(-2)^6}=\sqrt{64}=8\).
②、\((-2)^\frac{6}{2}=(-2)^{(\frac{6}{2})}=(-2)^3=-8\).
其中①的运算顺序是按代数运算顺序(先乘方、开方),和同级运算依次运算法则进行计算的。②的运算顺序是先算乘、除再算乘方的创新顺序进行计算的。所谓“在迁就先约简分数的情况下,把\((-2)^\frac{6}{2}\)看成奇函数y=\(x^3\),那么(一2)^(6/2)=-8”中的“迁就”是对②的计算过程不按代数运算顺序,和同级运算依次运算法则进行计算的委婉批评。

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ysr
当a<0的时候,对于a^(m/n),若n为偶数可能是必须先开方再算乘方,当n为奇数时则不分先后结果都对。  发表于 2023-1-4 12:48
ysr
我前面说的规定和你的法1是一致的不矛盾的,如果规定不对,那你的法1的结果就是错的,-8是对的。  发表于 2023-1-4 12:33
一厢情愿罢了。  发表于 2023-1-4 07:52
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发表于 2023-1-4 22:10 | 显示全部楼层
本帖最后由 春风晚霞 于 2023-1-4 22:41 编辑

@ysr先生:
       你2023-1-3 11:17发表在57#的点评是“应该规定当a<0时,若n为偶数则(a开n次方)^n=-a,若n为奇数则(a开n次方)^n=a”吧?我在74#对这条点评的回复是:“应该规定当a<0时,若n为偶数则(a开n次方)^n=-a,若n为奇数则(a开n次方)^n=a”.ysr先生,当a<0时,\((\sqrt[2k]{a})^{2k}\)=-a?作为特例取a=-1,n=2;则\((\sqrt{-1})^2\)=-1≠1;所以a<0时,\((\sqrt[2k]{a})^{2k}\)=-a是没有道理的。\((\sqrt[2k+1]{a})^{2k+1}\)=a这倒没有什么问题。”“像a<0时,\((\sqrt[2k]{a})^{2k}\)=-a这种违背数理逻辑的规定过去没有,现在没有,将来也不会有!”看来先生对这样的回复耿耿于怀。
       为回复你发表在77#的点评“我前面说的规定和你的法1是一致的不矛盾的,如果规定不对,那你的法1的结果就是错的,-8是对的”;“当a<0的时候,对于a^(m/n),若n为偶数可能是必须先开方再算乘方,当n为奇数时则不分先后结果都对。”我分层次回复于后:
       ①、代数运算的顺序和法则:“实数运算先算乘方(开根),再算乘除,最后算加减;如果有括号,先算括号里面的,同一级运算按照从左到右的顺序依次进行。”是数学中进行加减乘除乘方开方运算时,由人们共同制定的,默认的计算次序。(参见初中代数第二册第一章知识点2)。所以先生认为这个运算顺序是我的规定,那简直太抬举我了。我虽坚持这个运算顺序和法则,但我并没有参加初中教材编写工作嘛!怎么能说这个规定就是我的呢?
       ②、我对你的规定的回复:“a<0时,\((\sqrt[2k]{a})^{2k}\)=-a是没有道理的。”这个“没有道理”不是运算顺序没有道理,而是等式根本就不成立。同时a<0时,\((\sqrt[2k]{a})^{2k}\)的意义也不劳先生规定,任何一本讲复数基础知识的教科书对此都有明确规定。不知先生注意到a≥0时\((\sqrt[2k]{a})^{2k}\)的数学意义是“数a的2k次算术根”,即数a的2k次方根中大于零的那个2k次方根。当a<0时,\(\sqrt[2k]{a}\)的数学解释为“数a的2k次复根”,这是因为复数域上任意两个复数不能比较大小(参见高等学校试用教材《初等代数研究》(高等教育出版社出版)上册P127页末行—P128页6行)。所以根据这个规定\(\sqrt[2k]{a}^{2k}\)=a,而不是\((\sqrt[2k]{a})^{2k}=-a\)。
       ③a<0时,\(\sqrt[2k+1]{a}\)教科书是这样定义的\(\sqrt[2k+1]{a}\)=\(-\sqrt[2k+1]{| a |}\)(参见高等学校试用教材《初等代数研究》(高等教育出版社出版)上册P199页1—4行)。所以根据教科书的规定,先生给出的\(\sqrt[2k+1]{a}^{2k+1}=a\)是没有问题的。
       ④“当a<0的时候,对于a^(m/n),若n为偶数可能是必须先开方再算乘方”是不对的,当a<0时,计算\(a^\frac{m}{n}\)的顺序仍然是\((a^m)^\frac{1}{n}=\sqrt[n]{a^m}\),否则出错,如计算\((-1)^\frac{2}{4}\)=\(((-1)^2)^\frac{1}{4}=\sqrt[4]{1}\)=1,而因为\((-1)^\frac{1}{4}\)=\(\sqrt[4]{i^2}\)=cos\(2Kπ+π\over 4\)+isin\(2Kπ+π\over 4\)\(\;\)k=0,1,2,3,所以\(((-1)^\frac{1}{4})^2\)=\((\sqrt[4]{-1})^2\)=cos\(2(2Kπ+π)\over 4\)+isin\(2(2Kπ+π)\over 4\)=cos\((kπ+\frac{π}{2}))\)+isin\((kπ+\frac{π}{2})\)\(\;\)k=0,1,即\(((-1)^\frac{1}{4})^2=±i\).
       ysr先生,你还觉得你的那个“当a<0的时候,对于a^(m/n),若n为偶数可能是必须先开方再算乘方”还正确吗?这种毫无根据的“必须”还必须吗?

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ysr
a<0时-a=绝对值啊,你说反了  发表于 2023-1-4 22:44
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 楼主| 发表于 2023-1-4 22:29 | 显示全部楼层
本帖最后由 永远 于 2023-1-4 22:31 编辑

转帖帖吧:

有些指数幂的规定高中的时候没有说清楚,导致有些地方被钻了一些漏洞。这题答案就是板上钉钉的-8,就是(-2)3=-8这么简单。算出8无非就是先-2的6次再开根号,但是看一下我发的图里的规定,上面那一行是你高中学的公式,但其实你一直没注意到它有前提条件a>0。而a<0的情况则如下图所示。说白了,a的m/n次方能写成a的m次再开n次的形式,要么a>0,要么m/n得是最简分数。换句话说,当a<0且m/n不是最简分数的时候,a^(m/n)=n次根号a^m这个转化本身就是错的,a^(m/n)在a<0且m/n不是最简分数的情况下不能写成开根号的形式!!!必须先化成最简分数才可以写成开根号的形式,因此原题的6/2必须先化成最简分数3,才可以接着算。这么规定是合理的。要是没这样的规定,(-2)3,3明明等于6/2,9/3...但最后各个答案都不一样,整个数学就乱套了。又或者加入写成小数形式,(-1)^0.5到底该是(-1)^(1/2)还是(-1)^(2/4)?认为原题是8的人,无非就是不知道这样的一条规定而已

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 楼主| 发表于 2023-1-4 22:31 | 显示全部楼层
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