Основание степени
Возведе́ние в сте́пень — арифметическая операция, первоначально определяемая как результат многократного умножения числа на себя. Степень с основанием и натуральным показателем обозначается как

где — количество множителей (умножаемых чисел).
Например,
В языках программирования, где написание невозможно, применяются альтернативные обозначения.
Возведение в степень может быть определено также для отрицательных, рациональных, вещественных и комплексных степеней.
Извлечение корня — одна из операций, обратных возведению в степень, она по известным значениям степени и показателя находит неизвестное основание . Вторая обратная операция — логарифмирование, она по известным значениям степени и основания находит неизвестный показатель . Задача нахождения числа по известному его логарифму (потенцирование, антилогарифм) решается с помощью операции возведения в степень.
Существует алгоритм быстрого возведения в степень, выполняющий возведение в степень за меньшее, чем в определении, число умножений.
Употребление в устной речи
Запись обычно читается как «a в
-й степени» или «a в степени n». Например,
читается как «десять в четвёртой степени»,
читается как «десять в степени три вторых (или: полтора)».
Для второй и третьей степени существуют специальные названия: возведение в квадрат и в куб соответственно. Так, например, читается как «десять в квадрате»,
читается как «десять в кубе». Такая терминология возникла из древнегреческой математики. Древние греки формулировали алгебраические конструкции на языке геометрической алгебры. В частности, вместо употребления слова «умножение» они говорили о площади прямоугольника или об объёме параллелепипеда: вместо
,
древние греки говорили «квадрат на отрезке a», «куб на a». По этой причине четвёртую степень и выше древние греки избегали.
Число, являющееся результатом возведения натурального числа в -ую степень, называется точной
-ой степенью. В частности, число, являющееся результатом возведения натурального числа в квадрат (куб), называется точным квадратом (кубом). Точный квадрат также называется полным квадратом.
Свойства
Основные свойства
Все приведённые ниже основные свойства возведения в степень выполняются для натуральных, целых, рациональных и вещественных чисел. Для комплексных чисел, в силу многозначности комплексной операции, они выполняются только в случае натурального показателя степени.
Запись не обладает свойством ассоциативности (сочетательности), то есть, в общем случае,
Например,
, а
. В математике принято считать запись
равнозначной
, а вместо
можно писать просто
, пользуясь предыдущим свойством. Впрочем, некоторые языки программирования не придерживаются этого соглашения[какой?].
Возведение в степень не обладает свойством коммутативности (переместительности): вообще говоря, , например,
, но
Причём во втором случае, когда основание больше показателя, результат получается меньше, чем в обратном случае: иначе говоря, когда
,
Таблица натуральных степеней небольших чисел
| n | n2 | n3 | n4 | n5 | n6 | n7 | n8 | n9 | n10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 2 | 4 | 8 | 16 | 32 | 64 | 128 | 256 | 512 | 1024 |
| 3 | 9 | 27 | 81 | 243 | 729 | 2187 | 6561 | 19 683 | 59 049 |
| 4 | 16 | 64 | 256 | 1024 | 4096 | 16 384 | 65 536 | 262 144 | 1 048 576 |
| 5 | 25 | 125 | 625 | 3125 | 15 625 | 78 125 | 390 625 | 1 953 125 | 9 765 625 |
| 6 | 36 | 216 | 1296 | 7776 | 46 656 | 279 936 | 1 679 616 | 10 077 696 | 60 466 176 |
| 7 | 49 | 343 | 2401 | 16 807 | 117 649 | 823 543 | 5 764 801 | 40 353 607 | 282 475 249 |
| 8 | 64 | 512 | 4096 | 32 768 | 262 144 | 2 097 152 | 16 777 216 | 134 217 728 | 1 073 741 824 |
| 9 | 81 | 729 | 6561 | 59 049 | 531 441 | 4 782 969 | 43 046 721 | 387 420 489 | 3 486 784 401 |
| 10 | 100 | 1000 | 10 000 | 100 000 | 1 000 000 | 10 000 000 | 100 000 000 | 1 000 000 000 | 10 000 000 000 |
Свойство степеней чисел
Всякая степень числа есть сумма сто́льких последовательных нечётных чисел, сколько единиц в основании степени.
Расширения
Целая степень
Операция обобщается на произвольные целые числа, включая отрицательные и ноль::
Результат не определён при и
.
Рациональная степень
Возведение в рациональную степень где
— целое число, а
— натуральное, положительного числа определяется следующим образом:
.
Степень с основанием, равным нулю, определяют только для положительного рационального показателя.
Для отрицательных степень с дробным показателем не рассматривается.
Следствие: Таким образом, понятие рациональной степени объединяет возведение в целочисленную степень и извлечение корня в единую операцию.
Вещественная степень
Множество вещественных чисел — непрерывное упорядоченное поле, обозначается . Множество вещественных чисел не является счётным, его мощность называется мощностью континуума. Арифметические операции над вещественными числами представимых бесконечными десятичными дробями определяются как непрерывное продолжение соответствующих операций над рациональными числами.
Если даны два вещественных числа, представимые бесконечными десятичными дробями (где — положительное):
определённые соответственно фундаментальными последовательностями рациональных чисел (удовлетворяющие условию Коши), обозначенные как: и
, то их степенью называют число
, определённое степенью последовательностей
и
:
,
вещественное число , удовлетворяет следующему условию:
Таким образом степенью вещественного числа является такое вещественное число
которое содержится между всеми степенями вида
с одной стороны и всеми степенями вида
с другой стороны.
Степень с основанием, равным нулю, определяют только для положительного вещественного показателя.
Для отрицательных степень с вещественным показателем не рассматривается.
На практике для того, чтобы возвести число в степень
, необходимо заменить их с требуемой точностью приближёнными рациональными числами
и
. За приближенное значение степени
берут степень указанных рациональных чисел
. При этом не важно, с какой стороны (по недостатку или по избытку) взятые рациональные числа приближают
и
.
Пример возведения в степень , с точностью до 3-го знака после запятой:
- Округляем данные числа до 4-го знака после запятой (для повышения точности вычислений);
- Получаем:
;
- возводим в степень:
;
- Округляем до 3-го знака после запятой:
.
Полезные формулы:
Последние две формулы используют для возведения положительных чисел в произвольную степень на электронных калькуляторах (включая компьютерные программы), не имеющих встроенной функции , и для приближённого возведения в нецелую степень или для целочисленного возведения в степень, когда числа слишком велики для того, чтобы записать результат полностью.
Комплексная степень
Возведение комплексного числа в натуральную степень выполняется обычным умножением в тригонометрической форме. Результат однозначен:
, (формула Муавра).
Для нахождения степени произвольного комплексного числа в алгебраической форме можно воспользоваться формулой бинома Ньютона (справедливой и для комплексных чисел):
.
Заменяя степени в правой части формулы их значениями в соответствии с равенствами:
, получим:
Основой для более общего определения комплексной степени служит экспонента , где
— число Эйлера,
— произвольное комплексное число.
Определим комплексную экспоненту с помощью такого же ряда, как и вещественную:
Этот ряд абсолютно сходится для любого комплексного поэтому его члены можно как угодно перегруппировывать. В частности, отделим от него часть для
:
В скобках получились известные из вещественного анализа ряды для косинуса и синуса, и мы получили формулу Эйлера:
Общий случай , где
— комплексные числа, определяется через представление
в показательной форме:
согласно определяющей формуле:
Здесь — комплексный логарифм,
— его главное значение.
При этом комплексный логарифм — многозначная функция, так что, вообще говоря, комплексная степень определена неоднозначно. Неучёт этого обстоятельства может привести к ошибкам. Пример: возведём известное тождество в степень
Слева получится
справа, очевидно, 1. В итоге:
что, как легко проверить, неверно. Причина ошибки: возведение в степень
даёт и слева, и справа бесконечное множество значений (при разных
), поэтому правило
здесь неприменимо. Аккуратное применение формул определения комплексной степени даёт слева и справа
отсюда видно, что корень ошибки — путаница значений этого выражения при
и при
Степень как функция
Разновидности
Поскольку в выражении используются два символа (
и
), то его можно рассматривать как одну из трёх функций.
- Функция переменной
(при этом
— постоянная-параметр). Такая функция называется степенной. Обратная функция — извлечение корня.
- Функция переменной
(при этом
— постоянная-параметр). Такая функция называется показательной (частный случай — экспонента). Обратная функция — логарифм.
- Функция двух переменных
Отметим, что в точке
эта функция имеет неустранимый разрыв. В самом деле, вдоль положительного направления оси
где
она равна единице, а вдоль положительного направления оси
где
она равна нулю.
Ноль в степени ноль
Выражение (ноль в нулевой степени) многие учебники считают неопределённым и лишённым смысла, поскольку, как указано выше, функция
в точке (0, 0) разрывна. Некоторые авторы предлагают принять соглашение о том, что это выражение равно 1. В частности, тогда разложение в ряд экспоненты:
можно записать короче:
Следует предостеречь, что соглашение чисто символическое, и оно не может использоваться ни в алгебраических, ни в аналитических преобразованиях из-за разрывности функции в этой точке.
История
Обозначение
В Европе сначала степень величины записывали словесными сокращениями (q или Q обозначало квадрат, c или C — куб, bq или qq — биквадрат, то есть 4-я степень и т. д.) или как произведение — например, изображалось как
Отред записывал
следующим образом:
(если неизвестная всего одна, ей часто не присваивался буквенный значок). Немецкая школа коссистов для каждой степени неизвестной предлагала особый готический значок.
В XVII веке постепенно стала преобладать идея явно указывать показатель степени. Жирар (1629 год) для возведения в степень числа ставил показатель в круглых скобках перед этим числом, а если числа правее показателя не было, то это значило, что подразумевается наличие неизвестного в указанной степени; например, у него означало
. Варианты размещения показателя степени предлагали Пьер Эригон и шотландский математик Джеймс Юм, они записывали
в виде
и
соответственно.
Современная запись показателя степени — правее и выше основания — введена Декартом в его «Геометрии» (1637), правда, только для натуральных степеней, больших 2 (возведение в квадрат ещё долгое время обозначалось по-старому, произведением). Позднее Валлис и Ньютон (1676) распространили декартову форму записи степени на отрицательные и дробные показатели, трактовка которых к этому времени уже была известна из трудов Орема, Шюке, Стевина, Жирара и самого Валлиса. К началу XVIII столетия альтернативы для записи степеней «по Декарту», как выразился Ньютон в «Универсальной арифметике», «вышли из моды» (out of fashion). Показательная функция, то есть возведение в переменную степень, появилась сначала в письмах, а потом и в трудах Лейбница (1679). Возведение в мнимую степень обосновал Эйлер (1743).
Запись возведения в степень в языках программирования
С появлением компьютеров и компьютерных программ возникла проблема, состоящая в том, что в тексте компьютерных программ невозможно записать степень в «двухэтажном» виде. В связи с этим изобрели особые значки для обозначения операции возведения в степень. Первым таким значком были две звёздочки: «**», используемые в языке Фортран. В появившемся несколько позже языке Алгол использовался значок стрелки: «↑» (стрелки Кну́та). Во второй редакции ASCII символ стрелки был заменён символом «циркумфлекс» (^, на жаргоне его также называют «шапочка» (hat) и «карет»). Разработчикам языков программирования было предложено использовать комбинацию из циркумфлекса и вертикальной черты, чтобы изобразить стрелку, однако такой вариант не получил распространения, и в этом качестве стали использовать просто символ циркумфлекса. Примеры:
3^2 = 9;5^2 = 25;2^3 = 8;5^3 = 125.
Иногда в компьютерных системах и языках программирования значок возведения в степень имеет левую ассоциативность, в отличие от принятого в математике соглашения о правой ассоциативности возведения в степень. То есть некоторые языки программирования (например, программа Excel) могут воспринимать запись a^b^c, как (a^b)^c, тогда как другие системы и языки (например, Haskell, Perl, Wolfram|Alpha и многие другие) обработают эту запись справа налево: a^(b^c), как это принято в математике: .
Некоторые знаки возведения в степень в языках программирования и компьютерных системах:
x ↑ y: Алгол, некоторые диалекты Бейсика;x ^ y: Бейсик, J, MATLAB, R, Microsoft Excel, TeX, bc, Haskell, Lua, MathML и большинство систем компьютерной алгебры;x ^^ y: Haskell, D;x ** y: Ада, Bash, Кобол, Фортран, FoxPro, Gnuplot, OCaml, Perl, PL/I, PHP, Python, REXX, Ruby, SAS, Seed7, Tcl, ABAP, Haskell, [англ.], VHDL, ECMAScript, AutoHotkey, JavaScript;x⋆y: APL.
Во многих языках программирования (например, в Java, Си и Паскале) отсутствует операция возведения в степень, и для этой цели используют стандартные функции.
Вариации и обобщения
Возведение в степень с натуральным показателем можно определить не только для чисел, но и для нечисловых объектов, для которых определено умножение — например, к матрицам, линейным операторам, множествам (относительно декартова произведения, см. декартова степень).
Обычно эта операция рассматривается в некотором мультипликативном моноиде (полугруппе с единицей) и определяется индуктивно для любого
:
(где
— единица моноида).
, где
- Если
то
определён только для обратимых элементов
Особенную ценность представляет применение возведения в степень к группам и полям, где возникает прямой аналог отрицательных степеней.
Гипероператор возведения в степень — тетрация.
Примечания
- Степень // Математическая энциклопедия (в 5 томах). — М.: Советская Энциклопедия, 1985. — Т. 5. — С. 221.
- Ван дер Варден. Пробуждающаяся наука. Математика древнего Египта, Вавилона и Греции / Пер. с голл. И. Н. Веселовского. — М., 1959. — С. 165—167. — 456 с.
- Справочник по элементарной математике, 1978, с. 140—141.
- Справочник по элементарной математике, 1978, с. 182—184.
- Поскольку на множестве вещественных чисел уже введено отношение линейного порядка, то мы можем определить топологию числовой прямой: в качестве открытых множеств возьмём всевозможные объединения интервалов вида
- Пискунов Н. С. § 3. Возведение комплексного числа в степень и извлечение корня из комплексного числа. scask.ru. Дата обращения: 27 марта 2022.
- Близняков Н.М. КОМПЛЕКСНЫЕ ЧИСЛА. Учебно-методическое пособие для вузов 23. Дата обращения: 27 марта 2022. Архивировано 1 апреля 2022 года.
- Выгодский М. Я. Справочник по высшей математике. — 12-е изд.. — М.: Наука, 1977. — С. 597 (подстрочное примечание 3). — 872 с.
- History of Mathematical Notations, vol. 1, 2007, §290—297.
- History of Mathematical Notations, vol. 1, 2007, §164.
- Александрова Н. В., 2008, с. 130—131.
- History of Mathematical Notations, vol. 1, 2007, §298—301, 307—309.
- Fischer, Eric. The Evolution of Character Codes, 1874–1968 (англ.) 25 (20 июня 2000). Дата обращения: 30 ноября 2022. Архивировано 30 ноября 2022 года.
- David M. Bloom. Linear Algebra and Geometry (англ.). — 1979. — P. 45. — ISBN 978-0-521-29324-2.
Комментарии
- В разговорной речи иногда говорят, например, что
— «a умноженное само на себя три раза», имея в виду, что берётся три множителя
. Это не совсем точно и может привести к двусмысленности, так как количество операций умножения будет на одну меньше:
(три множителя, но две операции умножения). Часто, когда говорят «a умноженное само на себя три раза», имеют в виду количество умножений, а не множителей, то есть
См. Август Давидов. Начальная алгебра. — Типографія Э. Лисслер и Ю. Роман, 1883-01-01. — С. 6. — 534 с. Архивировано 31 мая 2016 года.. Чтобы избежать двусмысленности, можно говорить, к примеру: третья степень — это когда «число три раза входит в умножение».
- Для целой степени.
- Для неотрицательной целой степени.
- Поддерживает отрицательные степени, в отличие от
^, реализованной только как последовательное умножение. - Начиная с версии 5.6 (см. Руководство по PHP › Appendices › Миграция с PHP 5.5.x на PHP 5.6.x › Новые возможности Архивная копия от 18 апреля 2018 на Wayback Machine).
- Для степени, представленной числом с плавающей запятой — реализовано через логарифм.
- Описан в стандарте EcmaScript 7 (ECMA-262, 7th edition), принятом в июне 2016 года.
- В JavaScript изначально присутствует метод
Math.pow(x, y).
Литература
- Александрова Н. В. История математических терминов, понятий, обозначений: Словарь-справочник. — 3-е изд. — СПб.: ЛКИ, 2008. — 248 с. — ISBN 978-5-382-00839-4.
- Выгодский М. Я. Справочник по элементарной математике. — М.: Наука, 1978. — 509 с.
- Переиздание: М.: АСТ, 2006, ISBN 5-17-009554-6, 509 стр.
- Зайцев В. В., Рыжков В. В., Сканави М. И. Элементарная математика. Повторительный курс. — Издание третье, стереотипное. — М.: Наука, 1976. — 591 с.
- Степенная функция // Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1969—1978.
- Cajori F. A History of Mathematical Notations. Vol. 1 (1929 reprint). — NY: Cosimo, Inc., 2007. — xvi + 456 p. — ISBN 978-1-60206-684-7.
Ссылки
- Возведение в степень: правила, примеры. Дата обращения: 2 февраля 2020.
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Основание степени, Что такое Основание степени? Что означает Основание степени?
Vozvede nie v ste pen arifmeticheskaya operaciya pervonachalno opredelyaemaya kak rezultat mnogokratnogo umnozheniya chisla na sebya Stepen s osnovaniem a displaystyle a i naturalnym pokazatelem b displaystyle b oboznachaetsya kakGrafiki chetyryoh funkcij vida y ax displaystyle y a x a displaystyle a ukazano ryadom s grafikom funkciiab a a a b displaystyle a b underbrace a cdot a cdot ldots cdot a b gde b displaystyle b kolichestvo mnozhitelej umnozhaemyh chisel Naprimer 32 3 3 9 24 2 2 2 2 16 displaystyle 3 2 3 cdot 3 9 quad 2 4 2 cdot 2 cdot 2 cdot 2 16 V yazykah programmirovaniya gde napisanie ab displaystyle a b nevozmozhno primenyayutsya alternativnye oboznacheniya Vozvedenie v stepen mozhet byt opredeleno takzhe dlya otricatelnyh racionalnyh veshestvennyh i kompleksnyh stepenej Izvlechenie kornya odna iz operacij obratnyh vozvedeniyu v stepen ona po izvestnym znacheniyam stepeni c ab displaystyle c a b i pokazatelya b displaystyle b nahodit neizvestnoe osnovanie a cb displaystyle a sqrt b c Vtoraya obratnaya operaciya logarifmirovanie ona po izvestnym znacheniyam stepeni c ab displaystyle c a b i osnovaniya a displaystyle a nahodit neizvestnyj pokazatel b loga c displaystyle b log a c Zadacha nahozhdeniya chisla po izvestnomu ego logarifmu potencirovanie antilogarifm reshaetsya s pomoshyu operacii vozvedeniya v stepen Sushestvuet algoritm bystrogo vozvedeniya v stepen vypolnyayushij vozvedenie v stepen za menshee chem v opredelenii chislo umnozhenij Upotreblenie v ustnoj rechiZapis an displaystyle a n obychno chitaetsya kak a v n displaystyle n j stepeni ili a v stepeni n Naprimer 104 displaystyle 10 4 chitaetsya kak desyat v chetvyortoj stepeni 103 2 displaystyle 10 3 2 chitaetsya kak desyat v stepeni tri vtoryh ili poltora Dlya vtoroj i tretej stepeni sushestvuyut specialnye nazvaniya vozvedenie v kvadrat i v kub sootvetstvenno Tak naprimer 102 displaystyle 10 2 chitaetsya kak desyat v kvadrate 103 displaystyle 10 3 chitaetsya kak desyat v kube Takaya terminologiya voznikla iz drevnegrecheskoj matematiki Drevnie greki formulirovali algebraicheskie konstrukcii na yazyke geometricheskoj algebry V chastnosti vmesto upotrebleniya slova umnozhenie oni govorili o ploshadi pryamougolnika ili ob obyome parallelepipeda vmesto a2 displaystyle a 2 a3 displaystyle a 3 drevnie greki govorili kvadrat na otrezke a kub na a Po etoj prichine chetvyortuyu stepen i vyshe drevnie greki izbegali Chislo yavlyayusheesya rezultatom vozvedeniya naturalnogo chisla v n displaystyle n uyu stepen nazyvaetsya tochnoj n displaystyle n oj stepenyu V chastnosti chislo yavlyayusheesya rezultatom vozvedeniya naturalnogo chisla v kvadrat kub nazyvaetsya tochnym kvadratom kubom Tochnyj kvadrat takzhe nazyvaetsya polnym kvadratom SvojstvaOsnovnye svojstva Vse privedyonnye nizhe osnovnye svojstva vozvedeniya v stepen vypolnyayutsya dlya naturalnyh celyh racionalnyh i veshestvennyh chisel Dlya kompleksnyh chisel v silu mnogoznachnosti kompleksnoj operacii oni vypolnyayutsya tolko v sluchae naturalnogo pokazatelya stepeni a2 a a a 2 a2 displaystyle a 2 a a a 2 a 2 a0 1 a 0 displaystyle a 0 1 a neq 0 a1 a displaystyle a 1 a ab n anbn displaystyle left ab right n a n b n ab n anbn displaystyle left a over b right n a n over b n anam an m displaystyle a n a m a n m anam an m displaystyle left a n over a m right a n m an m anm displaystyle left a n right m a nm an am nm displaystyle a n a m n over m an amnm displaystyle a n sqrt m a nm a n 1an a 0 displaystyle a n frac 1 a n a neq 0 ab n ba n a 0 b 0 displaystyle left frac a b right n left frac b a right n bigl a neq 0 b neq 0 bigr Zapis anm displaystyle a n m ne obladaet svojstvom associativnosti sochetatelnosti to est v obshem sluchae an m a nm displaystyle a n m neq a left n m right Naprimer 22 3 43 64 displaystyle 2 2 3 4 3 64 a 2 23 28 256 displaystyle 2 left 2 3 right 2 8 256 V matematike prinyato schitat zapis anm displaystyle a n m ravnoznachnoj a nm displaystyle a left n m right a vmesto an m displaystyle a n m mozhno pisat prosto anm displaystyle a nm polzuyas predydushim svojstvom Vprochem nekotorye yazyki programmirovaniya ne priderzhivayutsya etogo soglasheniya kakoj Vozvedenie v stepen ne obladaet svojstvom kommutativnosti peremestitelnosti voobshe govorya ab ba displaystyle a b neq b a naprimer 25 32 displaystyle 2 5 32 no 52 25 displaystyle 5 2 25 Prichyom vo vtorom sluchae kogda osnovanie bolshe pokazatelya rezultat poluchaetsya menshe chem v obratnom sluchae inache govorya kogda a gt b displaystyle a gt b ab lt ba displaystyle a b lt b a Tablica naturalnyh stepenej nebolshih chisel n n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9 n101 1 1 1 1 1 1 1 1 12 4 8 16 32 64 128 256 512 10243 9 27 81 243 729 2187 6561 19 683 59 0494 16 64 256 1024 4096 16 384 65 536 262 144 1 048 5765 25 125 625 3125 15 625 78 125 390 625 1 953 125 9 765 6256 36 216 1296 7776 46 656 279 936 1 679 616 10 077 696 60 466 1767 49 343 2401 16 807 117 649 823 543 5 764 801 40 353 607 282 475 2498 64 512 4096 32 768 262 144 2 097 152 16 777 216 134 217 728 1 073 741 8249 81 729 6561 59 049 531 441 4 782 969 43 046 721 387 420 489 3 486 784 40110 100 1000 10 000 100 000 1 000 000 10 000 000 100 000 000 1 000 000 000 10 000 000 000Svojstvo stepenej chisel Vsyakaya stepen chisla est summa sto lkih posledovatelnyh nechyotnyh chisel skolko edinic v osnovanii stepeni RasshireniyaCelaya stepen Operaciya obobshaetsya na proizvolnye celye chisla vklyuchaya otricatelnye i nol az az z gt 01 z 0 a 01a z z lt 0 a 0 displaystyle a z begin cases a z amp z gt 0 1 amp z 0 a neq 0 dfrac 1 a z amp z lt 0 a neq 0 end cases Rezultat ne opredelyon pri a 0 displaystyle a 0 i z 0 displaystyle z leqslant 0 Racionalnaya stepen Vozvedenie v racionalnuyu stepen m n displaystyle m n gde m displaystyle m celoe chislo a n displaystyle n naturalnoe polozhitelnogo chisla opredelyaetsya sleduyushim obrazom amn an m a gt 0 a R m Z n N displaystyle a m over n sqrt n a m quad forall a gt 0 a in mathbb R m in mathbb Z n in mathbb N Stepen s osnovaniem ravnym nulyu opredelyayut tolko dlya polozhitelnogo racionalnogo pokazatelya 0mn 0 m N n N displaystyle 0 m over n 0 quad m in mathbb N n in mathbb N Dlya otricatelnyh a displaystyle a stepen s drobnym pokazatelem ne rassmatrivaetsya Sledstvie an a1 n a gt 0 a R displaystyle sqrt n a a 1 n quad a gt 0 a in mathbb R Takim obrazom ponyatie racionalnoj stepeni obedinyaet vozvedenie v celochislennuyu stepen i izvlechenie kornya v edinuyu operaciyu Veshestvennaya stepen Mnozhestvo veshestvennyh chisel nepreryvnoe uporyadochennoe pole oboznachaetsya R displaystyle mathbb R Mnozhestvo veshestvennyh chisel ne yavlyaetsya schyotnym ego moshnost nazyvaetsya moshnostyu kontinuuma Arifmeticheskie operacii nad veshestvennymi chislami predstavimyh beskonechnymi desyatichnymi drobyami opredelyayutsya kak nepreryvnoe prodolzhenie sootvetstvuyushih operacij nad racionalnymi chislami Esli dany dva veshestvennyh chisla predstavimye beskonechnymi desyatichnymi drobyami gde a displaystyle alpha polozhitelnoe a a0 a1a2 an an a gt 0 displaystyle alpha a 0 a 1 a 2 ldots a n ldots a n alpha gt 0 b b0 b1b2 bn bn displaystyle beta pm b 0 b 1 b 2 ldots b n ldots b n opredelyonnye sootvetstvenno fundamentalnymi posledovatelnostyami racionalnyh chisel udovletvoryayushie usloviyu Koshi oboznachennye kak a an displaystyle alpha a n i b bn displaystyle beta b n to ih stepenyu nazyvayut chislo g cn displaystyle gamma c n opredelyonnoe stepenyu posledovatelnostej an displaystyle a n i bn displaystyle b n g ab an bn an bn displaystyle gamma alpha beta a n b n a n widehat b n veshestvennoe chislo g ab displaystyle gamma alpha beta udovletvoryaet sleduyushemu usloviyu a a a b b b a b ab a b a b g a b a a b b Q a gt 0 a b g R displaystyle a leqslant alpha leqslant a land b leqslant beta leqslant b Rightarrow a b leqslant alpha beta leqslant a b Rightarrow a b leqslant gamma leqslant a b forall a a b b in mathbb Q forall alpha gt 0 alpha beta gamma in mathbb R Takim obrazom stepenyu veshestvennogo chisla ab displaystyle alpha beta yavlyaetsya takoe veshestvennoe chislo g displaystyle gamma kotoroe soderzhitsya mezhdu vsemi stepenyami vida a b displaystyle a b s odnoj storony i vsemi stepenyami vida a b displaystyle a b s drugoj storony Stepen s osnovaniem ravnym nulyu opredelyayut tolko dlya polozhitelnogo veshestvennogo pokazatelya 0b 0 b R b gt 0 displaystyle 0 beta 0 quad beta in mathbb R beta gt 0 Dlya otricatelnyh a displaystyle alpha stepen s veshestvennym pokazatelem ne rassmatrivaetsya Na praktike dlya togo chtoby vozvesti chislo a displaystyle alpha v stepen b displaystyle beta neobhodimo zamenit ih s trebuemoj tochnostyu priblizhyonnymi racionalnymi chislami a displaystyle a i b displaystyle b Za priblizhennoe znachenie stepeni ab displaystyle alpha beta berut stepen ukazannyh racionalnyh chisel ab displaystyle a b Pri etom ne vazhno s kakoj storony po nedostatku ili po izbytku vzyatye racionalnye chisla priblizhayut a displaystyle alpha i b displaystyle beta Primer vozvedeniya v stepen g pe displaystyle gamma pi e s tochnostyu do 3 go znaka posle zapyatoj Okruglyaem dannye chisla do 4 go znaka posle zapyatoj dlya povysheniya tochnosti vychislenij Poluchaem p 3 1416 e 2 7183 displaystyle pi approx 3 1416 e approx 2 7183 vozvodim v stepen g pe 3 14162 7183 22 4592 displaystyle gamma pi e approx 3 1416 2 7183 approx 22 4592 Okruglyaem do 3 go znaka posle zapyatoj g 22 459 displaystyle gamma approx 22 459 Poleznye formuly xy ayloga x displaystyle x y a y log a x xy eyln x displaystyle x y e y ln x xy 10ylg x displaystyle x y 10 y lg x Poslednie dve formuly ispolzuyut dlya vozvedeniya polozhitelnyh chisel v proizvolnuyu stepen na elektronnyh kalkulyatorah vklyuchaya kompyuternye programmy ne imeyushih vstroennoj funkcii xy displaystyle x y i dlya priblizhyonnogo vozvedeniya v neceluyu stepen ili dlya celochislennogo vozvedeniya v stepen kogda chisla slishkom veliki dlya togo chtoby zapisat rezultat polnostyu Kompleksnaya stepen Vozvedenie kompleksnogo chisla v naturalnuyu stepen vypolnyaetsya obychnym umnozheniem v trigonometricheskoj forme Rezultat odnoznachen zn rn cos f isin f n rn cos nf isin nf n N z C r R displaystyle z n r n cos varphi i sin varphi n r n cos n varphi i sin n varphi quad forall n in mathbb N z in mathbb C r in mathbb R formula Muavra Dlya nahozhdeniya stepeni proizvolnogo kompleksnogo chisla v algebraicheskoj forme a bi displaystyle a bi mozhno vospolzovatsya formuloj binoma Nyutona spravedlivoj i dlya kompleksnyh chisel a bi n an Cn1an 1bi C2nan 2b2i2 Cnn 1abn 1in 1 bnin n N displaystyle a bi n a n C n 1 a n 1 bi C 2 n a n 2 b 2 i 2 C n n 1 ab n 1 i n 1 b n i n quad forall n in mathbb N Zamenyaya stepeni ik displaystyle i k v pravoj chasti formuly ih znacheniyami v sootvetstvii s ravenstvami i4k 1 i4k 1 i i4k 2 1 i4k 3 i k N displaystyle i 4k 1 i 4k 1 i i 4k 2 1 i 4k 3 i k in mathbb N poluchim a bi n k 0 n 2 1 kCn2kan 2kb2k i k 0 n 1 2 1 kCn2k 1an 2k 1b2k 1 displaystyle a bi n sum k 0 n 2 1 k C n 2k a n 2k b 2k i sum k 0 n 1 2 1 k C n 2k 1 a n 2k 1 b 2k 1 Osnovoj dlya bolee obshego opredeleniya kompleksnoj stepeni sluzhit eksponenta ez displaystyle e z gde e displaystyle e chislo Ejlera z x iy displaystyle z x iy proizvolnoe kompleksnoe chislo Opredelim kompleksnuyu eksponentu s pomoshyu takogo zhe ryada kak i veshestvennuyu ez 1 z z22 z33 z44 displaystyle e z 1 z frac z 2 2 frac z 3 3 frac z 4 4 cdots Etot ryad absolyutno shoditsya dlya lyubogo kompleksnogo z displaystyle z poetomu ego chleny mozhno kak ugodno peregruppirovyvat V chastnosti otdelim ot nego chast dlya eiy displaystyle e iy eiy 1 iy iy 22 iy 33 iy 44 1 y22 y44 y66 i y y33 y55 displaystyle e iy 1 iy frac iy 2 2 frac iy 3 3 frac iy 4 4 cdots left 1 frac y 2 2 frac y 4 4 frac y 6 6 cdots right i left y frac y 3 3 frac y 5 5 cdots right V skobkah poluchilis izvestnye iz veshestvennogo analiza ryady dlya kosinusa i sinusa i my poluchili formulu Ejlera ez exeyi ex cos y isin y displaystyle e z e x e yi e x cos y i sin y Obshij sluchaj ab displaystyle a b gde a b displaystyle a b kompleksnye chisla opredelyaetsya cherez predstavlenie a displaystyle a v pokazatelnoj forme a rei 8 2pk displaystyle a re i theta 2 pi k soglasno opredelyayushej formule ab eLn a b eln r i 8 2pk b eb ln r i 8 2pk displaystyle a b e operatorname Ln a b e operatorname ln r i theta 2 pi k b e b operatorname ln r i theta 2 pi k Zdes Ln displaystyle operatorname Ln kompleksnyj logarifm ln displaystyle ln ego glavnoe znachenie Pri etom kompleksnyj logarifm mnogoznachnaya funkciya tak chto voobshe govorya kompleksnaya stepen opredelena neodnoznachno Neuchyot etogo obstoyatelstva mozhet privesti k oshibkam Primer vozvedyom izvestnoe tozhdestvo e2pi 1 displaystyle e 2 pi i 1 v stepen i displaystyle i Sleva poluchitsya e 2p displaystyle e 2 pi sprava ochevidno 1 V itoge e 2p 1 displaystyle e 2 pi 1 chto kak legko proverit neverno Prichina oshibki vozvedenie v stepen i displaystyle i dayot i sleva i sprava beskonechnoe mnozhestvo znachenij pri raznyh k displaystyle k poetomu pravilo ab c abc displaystyle left a b right c a bc zdes neprimenimo Akkuratnoe primenenie formul opredeleniya kompleksnoj stepeni dayot sleva i sprava e 2pk displaystyle e 2 pi k otsyuda vidno chto koren oshibki putanica znachenij etogo vyrazheniya pri k 0 displaystyle k 0 i pri k 1 displaystyle k 1 Stepen kak funkciyaRaznovidnosti Poskolku v vyrazhenii xy displaystyle x y ispolzuyutsya dva simvola x displaystyle x i y displaystyle y to ego mozhno rassmatrivat kak odnu iz tryoh funkcij Funkciya peremennoj x displaystyle x pri etom y displaystyle y postoyannaya parametr Takaya funkciya nazyvaetsya stepennoj Obratnaya funkciya izvlechenie kornya Funkciya peremennoj y displaystyle y pri etom x displaystyle x postoyannaya parametr Takaya funkciya nazyvaetsya pokazatelnoj chastnyj sluchaj eksponenta Obratnaya funkciya logarifm Funkciya dvuh peremennyh f x y xy displaystyle f x y x y Otmetim chto v tochke 0 0 displaystyle 0 0 eta funkciya imeet neustranimyj razryv V samom dele vdol polozhitelnogo napravleniya osi X displaystyle X gde y 0 displaystyle y 0 ona ravna edinice a vdol polozhitelnogo napravleniya osi Y displaystyle Y gde x 0 displaystyle x 0 ona ravna nulyu Nol v stepeni nol Osnovnaya statya Nol v nulevoj stepeni Vyrazhenie 00 displaystyle 0 0 nol v nulevoj stepeni mnogie uchebniki schitayut neopredelyonnym i lishyonnym smysla poskolku kak ukazano vyshe funkciya f x y xy displaystyle f x y x y v tochke 0 0 razryvna Nekotorye avtory predlagayut prinyat soglashenie o tom chto eto vyrazhenie ravno 1 V chastnosti togda razlozhenie v ryad eksponenty ex 1 n 1 xnn displaystyle e x 1 sum n 1 infty x n over n mozhno zapisat koroche ex n 0 xnn displaystyle e x sum n 0 infty x n over n Sleduet predosterech chto soglashenie 00 1 displaystyle 0 0 1 chisto simvolicheskoe i ono ne mozhet ispolzovatsya ni v algebraicheskih ni v analiticheskih preobrazovaniyah iz za razryvnosti funkcii v etoj tochke IstoriyaOboznachenie V Evrope snachala stepen velichiny zapisyvali slovesnymi sokrasheniyami q ili Q oboznachalo kvadrat c ili C kub bq ili qq bikvadrat to est 4 ya stepen i t d ili kak proizvedenie naprimer x4 displaystyle x 4 izobrazhalos kak xxxx displaystyle xxxx Otred zapisyval x5 15x4 displaystyle x 5 15x 4 sleduyushim obrazom 1qc 15qq displaystyle 1qc 15qq esli neizvestnaya vsego odna ej chasto ne prisvaivalsya bukvennyj znachok Nemeckaya shkola kossistov dlya kazhdoj stepeni neizvestnoj predlagala osobyj goticheskij znachok V XVII veke postepenno stala preobladat ideya yavno ukazyvat pokazatel stepeni Zhirar 1629 god dlya vozvedeniya v stepen chisla stavil pokazatel v kruglyh skobkah pered etim chislom a esli chisla pravee pokazatelya ne bylo to eto znachilo chto podrazumevaetsya nalichie neizvestnogo v ukazannoj stepeni naprimer 2 2 1 2 displaystyle 2 2 1 2 u nego oznachalo 22 x2 displaystyle 2 2 x 2 Varianty razmesheniya pokazatelya stepeni predlagali Per Erigon i shotlandskij matematik Dzhejms Yum oni zapisyvali x4 displaystyle x 4 v vide x4 displaystyle x4 i xIV displaystyle x IV sootvetstvenno Sovremennaya zapis pokazatelya stepeni pravee i vyshe osnovaniya vvedena Dekartom v ego Geometrii 1637 pravda tolko dlya naturalnyh stepenej bolshih 2 vozvedenie v kvadrat eshyo dolgoe vremya oboznachalos po staromu proizvedeniem Pozdnee Vallis i Nyuton 1676 rasprostranili dekartovu formu zapisi stepeni na otricatelnye i drobnye pokazateli traktovka kotoryh k etomu vremeni uzhe byla izvestna iz trudov Orema Shyuke Stevina Zhirara i samogo Vallisa K nachalu XVIII stoletiya alternativy dlya zapisi stepenej po Dekartu kak vyrazilsya Nyuton v Universalnoj arifmetike vyshli iz mody out of fashion Pokazatelnaya funkciya to est vozvedenie v peremennuyu stepen poyavilas snachala v pismah a potom i v trudah Lejbnica 1679 Vozvedenie v mnimuyu stepen obosnoval Ejler 1743 Zapis vozvedeniya v stepen v yazykah programmirovaniya S poyavleniem kompyuterov i kompyuternyh programm voznikla problema sostoyashaya v tom chto v tekste kompyuternyh programm nevozmozhno zapisat stepen v dvuhetazhnom vide V svyazi s etim izobreli osobye znachki dlya oboznacheniya operacii vozvedeniya v stepen Pervym takim znachkom byli dve zvyozdochki ispolzuemye v yazyke Fortran V poyavivshemsya neskolko pozzhe yazyke Algol ispolzovalsya znachok strelki strelki Knu ta Vo vtoroj redakcii ASCII simvol strelki byl zamenyon simvolom cirkumfleks na zhargone ego takzhe nazyvayut shapochka hat i karet Razrabotchikam yazykov programmirovaniya bylo predlozheno ispolzovat kombinaciyu iz cirkumfleksa i vertikalnoj cherty chtoby izobrazit strelku odnako takoj variant ne poluchil rasprostraneniya i v etom kachestve stali ispolzovat prosto simvol cirkumfleksa Primery 3 2 9 5 2 25 2 3 8 5 3 125 Inogda v kompyuternyh sistemah i yazykah programmirovaniya znachok vozvedeniya v stepen imeet levuyu associativnost v otlichie ot prinyatogo v matematike soglasheniya o pravoj associativnosti vozvedeniya v stepen To est nekotorye yazyki programmirovaniya naprimer programma Excel mogut vosprinimat zapis a b c kak a b c togda kak drugie sistemy i yazyki naprimer Haskell Perl Wolfram Alpha i mnogie drugie obrabotayut etu zapis sprava nalevo a b c kak eto prinyato v matematike abc a bc displaystyle a b c a left b c right Nekotorye znaki vozvedeniya v stepen v yazykah programmirovaniya i kompyuternyh sistemah x y Algol nekotorye dialekty Bejsika x y Bejsik J MATLAB R Microsoft Excel TeX bc Haskell Lua MathML i bolshinstvo sistem kompyuternoj algebry x y Haskell D x y Ada Bash Kobol Fortran FoxPro Gnuplot OCaml Perl PL I PHP Python REXX Ruby SAS Seed7 Tcl ABAP Haskell angl VHDL ECMAScript AutoHotkey JavaScript x y APL Vo mnogih yazykah programmirovaniya naprimer v Java Si i Paskale otsutstvuet operaciya vozvedeniya v stepen i dlya etoj celi ispolzuyut standartnye funkcii Variacii i obobsheniyaVozvedenie v stepen s naturalnym pokazatelem mozhno opredelit ne tolko dlya chisel no i dlya nechislovyh obektov dlya kotoryh opredeleno umnozhenie naprimer k matricam linejnym operatoram mnozhestvam otnositelno dekartova proizvedeniya sm dekartova stepen Obychno eta operaciya rassmatrivaetsya v nekotorom multiplikativnom monoide M displaystyle M polugruppe s edinicej i opredelyaetsya induktivno dlya lyubogo x M displaystyle x in M x0 e displaystyle x 0 e gde e displaystyle e edinica monoida xn 1 xnx displaystyle x n 1 x n x gde n 0 displaystyle n geqslant 0 Esli n lt 0 displaystyle n lt 0 to xn displaystyle x n opredelyon tolko dlya obratimyh elementov x displaystyle x Osobennuyu cennost predstavlyaet primenenie vozvedeniya v stepen k gruppam i polyam gde voznikaet pryamoj analog otricatelnyh stepenej Giperoperator vozvedeniya v stepen tetraciya PrimechaniyaStepen Matematicheskaya enciklopediya v 5 tomah M Sovetskaya Enciklopediya 1985 T 5 S 221 Van der Varden Probuzhdayushayasya nauka Matematika drevnego Egipta Vavilona i Grecii Per s goll I N Veselovskogo M 1959 S 165 167 456 s Spravochnik po elementarnoj matematike 1978 s 140 141 Spravochnik po elementarnoj matematike 1978 s 182 184 Poskolku na mnozhestve veshestvennyh chisel uzhe vvedeno otnoshenie linejnogo poryadka to my mozhem opredelit topologiyu chislovoj pryamoj v kachestve otkrytyh mnozhestv vozmyom vsevozmozhnye obedineniya intervalov vida x a lt x lt b displaystyle x alpha lt x lt beta Piskunov N S 3 Vozvedenie kompleksnogo chisla v stepen i izvlechenie kornya iz kompleksnogo chisla rus scask ru Data obrasheniya 27 marta 2022 Bliznyakov N M KOMPLEKSNYE ChISLA rus Uchebno metodicheskoe posobie dlya vuzov 23 Data obrasheniya 27 marta 2022 Arhivirovano 1 aprelya 2022 goda Vygodskij M Ya Spravochnik po vysshej matematike 12 e izd M Nauka 1977 S 597 podstrochnoe primechanie 3 872 s History of Mathematical Notations vol 1 2007 290 297 History of Mathematical Notations vol 1 2007 164 Aleksandrova N V 2008 s 130 131 History of Mathematical Notations vol 1 2007 298 301 307 309 Fischer Eric The Evolution of Character Codes 1874 1968 angl 25 20 iyunya 2000 Data obrasheniya 30 noyabrya 2022 Arhivirovano 30 noyabrya 2022 goda David M Bloom Linear Algebra and Geometry angl 1979 P 45 ISBN 978 0 521 29324 2 Kommentarii V razgovornoj rechi inogda govoryat naprimer chto a3 displaystyle a 3 a umnozhennoe samo na sebya tri raza imeya v vidu chto beryotsya tri mnozhitelya a displaystyle a Eto ne sovsem tochno i mozhet privesti k dvusmyslennosti tak kak kolichestvo operacij umnozheniya budet na odnu menshe a3 a a a displaystyle a 3 a cdot a cdot a tri mnozhitelya no dve operacii umnozheniya Chasto kogda govoryat a umnozhennoe samo na sebya tri raza imeyut v vidu kolichestvo umnozhenij a ne mnozhitelej to est a4 displaystyle a 4 Sm Avgust Davidov Nachalnaya algebra Tipografiya E Lissler i Yu Roman 1883 01 01 S 6 534 s Arhivirovano 31 maya 2016 goda Chtoby izbezhat dvusmyslennosti mozhno govorit k primeru tretya stepen eto kogda chislo tri raza vhodit v umnozhenie Dlya celoj stepeni Dlya neotricatelnoj celoj stepeni Podderzhivaet otricatelnye stepeni v otlichie ot realizovannoj tolko kak posledovatelnoe umnozhenie Nachinaya s versii 5 6 sm Rukovodstvo po PHP Appendices Migraciya s PHP 5 5 x na PHP 5 6 x Novye vozmozhnosti Arhivnaya kopiya ot 18 aprelya 2018 na Wayback Machine Dlya stepeni predstavlennoj chislom s plavayushej zapyatoj realizovano cherez logarifm Opisan v standarte EcmaScript 7 ECMA 262 7th edition prinyatom v iyune 2016 goda V JavaScript iznachalno prisutstvuet metod Math pow x y LiteraturaAleksandrova N V Istoriya matematicheskih terminov ponyatij oboznachenij Slovar spravochnik 3 e izd SPb LKI 2008 248 s ISBN 978 5 382 00839 4 Vygodskij M Ya Spravochnik po elementarnoj matematike M Nauka 1978 509 s Pereizdanie M AST 2006 ISBN 5 17 009554 6 509 str Zajcev V V Ryzhkov V V Skanavi M I Elementarnaya matematika Povtoritelnyj kurs Izdanie trete stereotipnoe M Nauka 1976 591 s Stepennaya funkciya Bolshaya sovetskaya enciklopediya M Sovetskaya enciklopediya 1969 1978 Cajori F A History of Mathematical Notations Vol 1 1929 reprint NY Cosimo Inc 2007 xvi 456 p ISBN 978 1 60206 684 7 SsylkiVozvedenie v stepen pravila primery neopr Data obrasheniya 2 fevralya 2020
