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一、整数指数幂

指数与对数 · 高一
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 整数指数幂是将正整数指数幂运算法则推广到指数为整数(含0和负整数)的代数运算形式。

从哪来 它建立在一、函数的定义之上。因为指数函数 $y=a^x$ 的定义域从正整数扩展到全体整数,本质上是函数定义域的扩充,需依托函数概念理解自变量 $x$ 取值范围的变化。

为什么 为了保持幂运算法则 $a^m \cdot a^n = a^{m+n}$ 在指数为任意整数时依然成立。若规定 $a^0=1$ 且 $a^{-n} = \frac{1}{a^n}$,则 $a^m \cdot a^{-m} = a^{m-m} = a^0 = 1$,这与 $a^m \cdot \frac{1}{a^m} = 1$ 逻辑自洽,从而实现了运算体系的封闭与统一。

逆向推导法
从 $a^3 \cdot a^{-3} = a^{3+(-3)} = a^0$ 出发,左边算出是1,右边 $a^0$ 必须等于1;再推 $a^0 \cdot a^{-1} = a^{-1}$,得出 $a^{-1} = \frac{1}{a}$。
适合:逻辑推理能力强,喜欢探究“为什么”的学生。
模式识别法
列出 $2^3=8, 2^2=4, 2^1=2$,观察指数每减1,数值除以2。顺势推出 $2^0=1, 2^{-1}=0.5$。
适合:直观思维强,擅长从具体数字规律中归纳抽象规则的学生。
分数化简法
直接计算 $\frac{a^5}{a^2} = a^3$,$\frac{a^2}{a^5} = \frac{1}{a^3}$。指出分母指数大于分子时,结果为倒数,从而定义 $a^{-3} = \frac{1}{a^3}$。
适合:对分数运算熟悉,但对抽象符号推导感到困难的学生。
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练一道
基础题
计算 $2^{-3} + (-1)^0$。
变式
已知 $x^{-2} = 4$,求 $x^2$ 的值。
试试手自己判
检测题
若 $3^{2x} = 27$,求 $x^{-1}$ 的值。
看答案和判分标准
答案:$\frac{1}{3}$
判对标准:
1. 正确将27转化为 $3^3$(1分);
2. 正确解出 $2x=3 \Rightarrow x=\frac{3}{2}$(1分);
3. 正确计算 $x^{-1} = (\frac{3}{2})^{-1} = \frac{2}{3}$?不对,题目是求 $x^{-1}$ 还是 $1/x$?
*修正判对标准*:
1. 正确转化底数:$27=3^3$;
2. 正确解指数方程:$2x=3 \Rightarrow x=1.5$;
3. 正确应用负指数定义:$x^{-1} = \frac{1}{1.5} = \frac{2}{3}$。
*注:若学生算出 $x=3/2$ 但忘记求倒数,判错。
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