2的幂的合并运算实例

2的幂可以合并,遵守幂运算规则,产生一个新的2的幂。在这些规则下,你可以进行2的幂的乘法,除法,或幂运行,得到另外一个2的幂。你可以组合这些规则来创建一个复杂的表达式,该表达式返回一个2的幂。例如,

 .

幂的运算法则适用于任意进制的基数;二进制也没有不同。但因为我们对2的幂感兴趣,我们将依据2的幂来描述它们。只要我们如此解释过这些规则,你就会明白上面例子背后的数学原理。

基本的2的幂运算规则

下面是基本的2的幂的运算规则,如果你知道2的幂是何物那这些规则你应该很熟悉:

2的幂组合运算规则

下面是2的幂的乘,除,幂运算的组合运算规则:

2的幂的求积规则: mbox{footnotesize{displaystyle {{2^a} cdot {2^b} = 2^{a+b}}}}

这个规则告诉我们2的幂乘以2的幂结果还是2的幂。只是结果中的指数是乘法中两个2的幂的指数的和。

例如:

  • mbox{footnotesize{displaystyle {{2^4} cdot {2^3} = 2^{7}}}}
  • mbox{footnotesize{displaystyle {{2^{-3}} cdot {2^6} = 2^{3}}}}

2的幂的求商规则: mbox{footnotesize{displaystyle {frac{2^a}{2^b} = 2^{a-b}}}}

这个规则告诉我们一个2的幂除以另一个2的幂结果还是2的幂。只是,结果中2的幂的指数是被除数指数与除数指数的差。

例如:

  • mbox{footnotesize{displaystyle {frac{2^7}{2^{5}} = 2^{2}}}}
  • mbox{footnotesize{displaystyle {frac{2^3}{2^{6}} = 2^{-3}}}}

2的幂的求幂规则: mbox{footnotesize{displaystyle {left({2^a}
ight)}^{b} =  2^{ab}}}}

这条规则告诉我们2的幂的幂运算得到的还是一个2的幂。只是,结果中2的幂的指数是给出的两个指数的乘积。

例如:

  • mbox{footnotesize{displaystyle {left({2^2}
ight)}^3 = 2^{6}}}}
  • mbox{footnotesize{displaystyle {left({2^8}
ight)}^{-1} = 2^{-8}}}}

2的幂的复合运算规则

除基本的幂运算规则还有两条附加规则:乘法的幂运算和除法的幂运算。对2的幂来说,这些规则变得不那么重要,因为它们能分解成上面的小规则。尽管如此,它们是合法的,在需要的时候可以化简运算。

2的幂乘积的幂运算规则: mbox{footnotesize{displaystyle {left({2^a cdot 2^b}
ight)}^{c}  = : 2^{left(a+b
ight)c}}}}

此规则只是2的幂的求积规则和2的幂的求幂规则的合并。

例如:

  • mbox{footnotesize{displaystyle {{left(2^4 cdot 2^3
ight)}^3 = 2^{21}}}}
  • mbox{footnotesize{displaystyle {{left({2^{-3}} cdot {2^6}
ight)}^2 = 2^{6}}}}

2的幂商的幂运算规则: mbox{footnotesize{displaystyle {left({frac{2^a}{2^b}}
ight)^c  = : 2^{left(a-b
ight)c}}}}

此规则只是2的幂的求商运算规则和2的幂的求幂规则的合并。

例如:

  • mbox{footnotesize{displaystyle {{left(frac{2^7}{2^5}
ight)}^3 = : 2^6}}}
  • mbox{footnotesize{displaystyle {{left(frac{2^3}{2^{6}}
ight)}^4 = 2^{-12}}}}

2的幂的任意运算式

你可以利用上面的规则来简化复杂运算式为mbox{scriptsize{displaystyle {2^n}}}的形式。回到文章开头的例子:

mbox{footnotesize{displaystyle {{left(frac{2^4 cdot 2^3}{2^5}
ight)}^3}}}

有多种化简方式。下面是不用任何复合规则的方式:

mbox{footnotesize{displaystyle {{left(frac{2^4 cdot 2^3}{2^5}
ight)}^3 = {left(frac{2^7}{2^5}
ight)}^3  = left({2^2}
ight)^3 = : 2^6}}}

下面使用了复合规则:

mbox{footnotesize{displaystyle {{left(frac{2^4 cdot 2^3}{2^5}
ight)}^3 = {left(frac{2^7}{2^5}
ight)}^3 = : 2^6}}}

下面是不适用复合规则的另一种更长的方式:

mbox{footnotesize{displaystyle {{left(frac{2^4 cdot 2^3}{2^5}
ight)}^3 = frac{{left(2^4 cdot 2^3
ight)}^3}{{left(2^5
ight)}^3} = frac{2^{21}}{{left(2^5
ight)}^3} = frac{2^{21}}{2^{15}} = : 2^6}}}

2的幂的转换

如果表达式中使用了2的幂的数值形式--例如,用64代替mbox{scriptsize{displaystyle {2^6}}}transform them to the form mbox{scriptsize{displaystyle {2^n}}}. 仍遵守上述规则。例如:

mbox{footnotesize{displaystyle{{left(frac{64 cdot 2^3}{frac{1}{4}}
ight)}^5}cdot : 256 = {left(frac{{2^6}cdot{2^3}}{2^{-2}
ight)}}^5}cdot : 2^8 = {left(frac{2^9}{2^{-2}
ight)}}^5}cdot : 2^8 = 2^{55}cdot : 2^8 = 2^{63}}}}.

一个可视化例子

你将在下表看到幂运算规则的应用:

A 4" x 4" x 4" cube.

一个 4" x 4" x 4" 立方体.

有三种等价的方式求立方体的体积:

  • 长 x 宽 x 高: 4 x 4 x 4 = 64 立方英寸
  • 长 x 宽 x 高: mbox{footnotesize{displaystyle {2^2}}} x mbox{footnotesize{displaystyle {2^2}}} x mbox{footnotesize{displaystyle {2^2 = 2^6 = }}} 64 立方英寸
  • 长的立方: mbox{footnotesize{displaystyle {{left(2^2}
ight)^3 = 2^6 = }}} 64 立方英寸

有三种等价的方式求每一面的面积:

  • 长 x 宽: 4 x 4 = 16 平方英寸
  • 长 x 宽: mbox{footnotesize{displaystyle {2^2 cdot 2^2 = 2^4 = }}} 16 平方英寸
  • 体积 / 高: mbox{footnotesize{displaystyle {frac{2^6}{2^2} = 2^4 = }}} 16 平方英寸

练习

  1. mbox{footnotesize{displaystyle {left({2^{-1}}
ight)}^{-8}}}}
  2. mbox{footnotesize{displaystyle {frac{1}{8^{-1}}}}}
  3. mbox{footnotesize{displaystyle {16^{3}}}}
  4. mbox{footnotesize{displaystyle {1^{5}}}}
  5. mbox{footnotesize{displaystyle {left({2^{4}}
ight)}^{3}}}}
  6. mbox{footnotesize{displaystyle {left(frac{1}{8}
ight)}^{10}}}}
  7. mbox{footnotesize{displaystyle {8^{39}}}}
  8. mbox{footnotesize{displaystyle {64^{11}}}}
  9. mbox{footnotesize{displaystyle {left(frac{1}{2}
ight)}^3}}}
  10. mbox{footnotesize{displaystyle {left({2^{-3}}
ight)}^2}}}
  11. mbox{footnotesize{displaystyle {0.5^7}}}
  12. mbox{footnotesize{displaystyle {frac{1}{left(frac{1}{2}
ight)}}}}}

答案

  1. mbox{footnotesize{displaystyle {2^{8}}}}
  2. mbox{footnotesize{displaystyle {2^{3}}}}
  3. mbox{footnotesize{displaystyle {2^{12}}}}
  4. mbox{footnotesize{displaystyle {2^{0}}}}
  5. mbox{footnotesize{displaystyle {2^{12}}}}
  6. mbox{footnotesize{displaystyle {2^{-30}}}}
  7. mbox{footnotesize{displaystyle {2^{117}}}}
  8. mbox{footnotesize{displaystyle {2^{66}}}}
  9. mbox{footnotesize{displaystyle {2^{-3}}}}
  10. mbox{footnotesize{displaystyle {2^{-6}}}}
  11. mbox{footnotesize{displaystyle {2^{-7}}}}
  12. mbox{footnotesize{displaystyle {2^{1}}}}
原文地址:https://www.cnblogs.com/sirlipeng/p/5363031.html