Potenzen (2.2.): Unterschied zwischen den Versionen
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Eine Potenz besteht aus einer Basis und einer Hochzahl, dem sogenannten Exponenten: | Eine Potenz besteht aus einer Basis und einer Hochzahl, dem sogenannten Exponenten: | ||
| − | [[Datei:Graphik Potenz.png|thumb|center|Aufbau einer Potenz]] | + | [[Datei:Graphik Potenz.png|thumb|center|300px|Aufbau einer Potenz]] |
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* $2^3$ | * $2^3$ | ||
* $5^x$ | * $5^x$ | ||
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Im Folgenden sind $a,\ b,\ n,\ m,\ x,\ y\in$ [[Theorie Zahlenmengen (1.1.)|$\mathbb{R}$]]. | Im Folgenden sind $a,\ b,\ n,\ m,\ x,\ y\in$ [[Theorie Zahlenmengen (1.1.)|$\mathbb{R}$]]. | ||
| − | == Rechnen mit Potenzen == | + | ==Rechnen mit Potenzen== |
Nun wollen wir lernen mit Potenzen zu rechnen. Wie können wir zum Beispiel $\left(2^3\right)^4$ oder $\frac{x^2}{x^3}$ berechnen? Hierbei helfen uns die Rechenregeln für Potenzen: | Nun wollen wir lernen mit Potenzen zu rechnen. Wie können wir zum Beispiel $\left(2^3\right)^4$ oder $\frac{x^2}{x^3}$ berechnen? Hierbei helfen uns die Rechenregeln für Potenzen: | ||
| − | === 1. Potenzregel === | + | |
| + | ===1. Potenzregel=== | ||
{{Vorlage:Merke|1='''1. Regel der Potenzrechnung''' | {{Vorlage:Merke|1='''1. Regel der Potenzrechnung''' | ||
| − | + | $a^n\cdot a^m=a^{n+m}$ | |
Potenzen mit '''derselben Basis''' werden '''multipliziert''', indem man die '''Exponenten addiert'''. | Potenzen mit '''derselben Basis''' werden '''multipliziert''', indem man die '''Exponenten addiert'''. | ||
| − | }} | + | }}{{Vorlage:Ausklapp|1= Beweis für diese Regel |
| − | {{Vorlage:Ausklapp|1= Beweis für diese Regel | + | |2= $x^n\cdot x^m=\left(\underbrace{x\cdot x\cdot . . . \cdot x}_{n-mal}\right)\cdot \left(\underbrace{x\cdot x\cdot . . . \cdot x}_{m-mal}\right)$ |
| − | |2= | + | |
| − | + | $=\underbrace{x\cdot x\cdot . . . \cdot x\cdot x\cdot . . . \cdot x}_{n+m-mal}=x^{n+m}$ | |
}} | }} | ||
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Musterbeispiele: Wende die 1. Regel der Potenzrechnung an: | Musterbeispiele: Wende die 1. Regel der Potenzrechnung an: | ||
| − | {{Vorlage:Beispiel|1= | + | {{Vorlage:Beispiel|1= $x^3\cdot x^2=$ |
| − | |2= | + | |2= $x^3\cdot x^2=x^{3+2}=x^5$}} |
| − | {{Vorlage:Beispiel|1= | + | {{Vorlage:Beispiel|1= $2^4\cdot 2^3\cdot b^2$ |
|2= | |2= | ||
| − | + | $2^4\cdot 2^3\cdot b^2=2^{4+3}\cdot b^3=2^7\cdot b^3=128\cdot b^2$ | |
!Achtung! Weiter kannst du diesen [[Term]] nicht zusammenfassen, da 2 und b unterschiedliche Basen sind}} | !Achtung! Weiter kannst du diesen [[Term]] nicht zusammenfassen, da 2 und b unterschiedliche Basen sind}} | ||
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| − | === 2. Potenzregel === | + | |
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{{Vorlage:Merke|1='''2. Regel der Potenzrechnung''' | {{Vorlage:Merke|1='''2. Regel der Potenzrechnung''' | ||
| − | + | $\frac{a^n}{a^m}=a^{n-m}$ | |
Potenzen mit '''derselben Basis''' werden '''dividiert''', indem man die '''Exponenten subtrahiert'''. | Potenzen mit '''derselben Basis''' werden '''dividiert''', indem man die '''Exponenten subtrahiert'''. | ||
}} | }} | ||
| + | {{Vorlage:Ausklapp|1= Beweis für diese Regel | ||
| + | |2= | ||
| + | $\frac{a^n}{a^m} = \frac{\overbrace{a\cdot a\cdot a\cdot. . . \cdot a}^{n-mal} }{\underbrace{a\cdot a\cdot . . . \cdot a}_{m-mal} } \ \ \ \text{Hier können nun insgesamt m Stück a gekürzt werden.}$ | ||
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| + | $=\underbrace{a\cdot a\cdot . . . \cdot a\cdot a}_{n-m-mal}=a^{n-m}$ | ||
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Musterbeispiele: Wende die 1. und 2. Regel der Potenzrechnung an: | Musterbeispiele: Wende die 1. und 2. Regel der Potenzrechnung an: | ||
| − | {{Vorlage:Beispiel|1= | + | {{Vorlage:Beispiel|1= $\frac{x^3}{x^2}=$ |
| − | |2= | + | |2= $\frac{x^3}{x^2}=x^{3-2}=x^1=x$}} |
| − | {{Vorlage:Beispiel|1= | + | {{Vorlage:Beispiel|1= $\frac{2^4\cdot 2^3}{2^5}=$ |
|2= | |2= | ||
| − | + | $\frac{2^4\cdot 2^3}{2^5}=2^{4+3-5}=2^2=4$ | |
}} | }} | ||
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| − | === 3. Potenzregel === | + | ===3. Potenzregel=== |
{{Vorlage:Merke|1='''3. Regel der Potenzrechnung''' | {{Vorlage:Merke|1='''3. Regel der Potenzrechnung''' | ||
| − | + | $\left(a^n\right)^m=a^{n\cdot m}$ | |
Potenzen werden '''potenziert''' ("''hoch-genommen''"), indem man die '''Exponenten multipliziert'''. | Potenzen werden '''potenziert''' ("''hoch-genommen''"), indem man die '''Exponenten multipliziert'''. | ||
}} | }} | ||
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Musterbeispiele: Wende die 3. Regel der Potenzrechnung an: | Musterbeispiele: Wende die 3. Regel der Potenzrechnung an: | ||
| − | {{Vorlage:Beispiel|1= | + | {{Vorlage:Beispiel|1= $\left(x^3\right)^2=$ |
| − | |2= | + | |2= $\left(x^3\right)^2=x^{3\cdot 2}=x^6$}} |
| − | {{Vorlage:Beispiel|1= | + | {{Vorlage:Beispiel|1= $\left(x^{-3}\right)^2=$ |
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| − | + | $\left(x^{-3}\right)^2=x^{-6}$ | |
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| − | === 4. Potenzregel === | + | |
| + | ===4. Potenzregel=== | ||
{{Vorlage:Merke|1='''4. Regel der Potenzrechnung''' | {{Vorlage:Merke|1='''4. Regel der Potenzrechnung''' | ||
| − | + | $a^{-n}=\frac{1}{a^n} \ und\ \frac{1}{a^{-n} }=a^n$ | |
Ein negatives Vorzeichen im Exponenten bewirkt, dass man den [[Kehrwert]] bildet oder ''verschiebt man eine Potenz vom Zähler in den Nenner, oder umgekehrt, so ändert sich das Vorzeichen des Exponenten''. | Ein negatives Vorzeichen im Exponenten bewirkt, dass man den [[Kehrwert]] bildet oder ''verschiebt man eine Potenz vom Zähler in den Nenner, oder umgekehrt, so ändert sich das Vorzeichen des Exponenten''. | ||
}} | }} | ||
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Musterbeispiele: Wende die ersten 4 Regel der Potenzrechnung an: | Musterbeispiele: Wende die ersten 4 Regel der Potenzrechnung an: | ||
| − | {{Vorlage:Beispiel|1= | + | {{Vorlage:Beispiel|1= $\frac{x^2}{x^{-3} }=$ |
| − | |2= | + | |2= $\frac{x^2}{x^{-3} }\underbrace{=}_{4.\ Regel}\frac{x^2\cdot x^3}{1}\underbrace{=}_{1.\ Regel} x^5$ |
}} | }} | ||
| − | {{Vorlage:Beispiel|1= | + | {{Vorlage:Beispiel|1= $\frac{x^2\cdot y^2\cdot y^{-1} }{x^{-3}\cdot y^{3} }=$ |
|2= | |2= | ||
| − | + | $\frac{x^2\cdot y^2\cdot y^{-1} }{x^{-3}\cdot y^{3} }=\frac{x^2\cdot x^3\cdot y^2\cdot y^{-1}\cdot y^{-3} }{1}=x^5\cdot y^{-2}$ | |
Tipp: Oft ist es am einfachsten, alle Terme in den Zähler zu heben (mit Regel 4) und dann Regel 1 zu verwenden. | Tipp: Oft ist es am einfachsten, alle Terme in den Zähler zu heben (mit Regel 4) und dann Regel 1 zu verwenden. | ||
}} | }} | ||
| − | === 5. Potenzregel === | + | ===5. Potenzregel=== |
{{Vorlage:Merke|1='''5. Regel der Potenzrechnung''' | {{Vorlage:Merke|1='''5. Regel der Potenzrechnung''' | ||
| − | + | $a^0=1 \ \ \ \textrm{für }a\neq 0$ | |
Eine Zahl a hoch 0 ergibt immer 1, solange a ungleich 0 ist. Der Term $0^0$ ist nicht definiert. Genauere [https://de.wikipedia.org/wiki/Potenz_%28Mathematik%29#Null_hoch_Null Informationen zu $0^0$ findest du hier]. | Eine Zahl a hoch 0 ergibt immer 1, solange a ungleich 0 ist. Der Term $0^0$ ist nicht definiert. Genauere [https://de.wikipedia.org/wiki/Potenz_%28Mathematik%29#Null_hoch_Null Informationen zu $0^0$ findest du hier]. | ||
}} | }} | ||
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Musterbeispiele: Wende die 5. Regel der Potenzrechnung an: | Musterbeispiele: Wende die 5. Regel der Potenzrechnung an: | ||
| − | {{Vorlage:Beispiel|1= | + | {{Vorlage:Beispiel|1= $x^0=$ |
| − | |2= | + | |2= $x^0=1$}} |
| − | {{Vorlage:Beispiel|1= | + | {{Vorlage:Beispiel|1= $12341234^0=$ |
|2= | |2= | ||
| − | + | $12341234^0=1$ | |
}} | }} | ||
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| − | === 6. Potenzregel === | + | |
| + | ===6. Potenzregel=== | ||
{{Vorlage:Merke|1='''6. Regel der Potenzrechnung''' | {{Vorlage:Merke|1='''6. Regel der Potenzrechnung''' | ||
| − | + | $\left( \frac{a}{b}\right)^n=\frac{a^n}{b^n} \ und\ (a\cdot b)^n=a^n\cdot b^n$ | |
Eine Klammer mit einem Exponenten darüber kann aufgelöst werden, indem man jeden [[Faktor]] mit dem Exponenten potenziert (''hoch-nimmt'') | Eine Klammer mit einem Exponenten darüber kann aufgelöst werden, indem man jeden [[Faktor]] mit dem Exponenten potenziert (''hoch-nimmt'') | ||
}} | }} | ||
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Musterbeispiele: Wende die Regeln der Potenzrechnung an: | Musterbeispiele: Wende die Regeln der Potenzrechnung an: | ||
| − | {{Vorlage:Beispiel|1= | + | {{Vorlage:Beispiel|1= $(x\cdot y)^3$ |
| − | |2= | + | |2= $(x\cdot y)^3=x^3\cdot y^3$}} |
| − | {{Vorlage:Beispiel|1= | + | {{Vorlage:Beispiel|1= $(x^2\cdot y^3)^{-4}$ |
| − | |2= | + | |2= $(x^2\cdot y^3)^{-4}=(x^2)^{-4}\cdot (y^3)^{-4}=x^{-8}\cdot y^{-12}$ }} |
| − | {{Vorlage:Beispiel|1= | + | {{Vorlage:Beispiel|1= $\left(\frac{x^2\cdot y^3}{z^{-2} }\right)^{2}:\left(\frac{z^{4}\cdot y^{-3} }{x^2} \right)$ |
| − | |2= | + | |2= $\left(\frac{x^2\cdot y^3}{z^{-2} }\right)^{2}:\left(\frac{z^{4}\cdot y^{-3} }{x^2} \right)=$ |
Zuerst wenden wir Regel 7 an. Zusätzlich erinnern wir uns, dass bei der [[Brüche |Bruchrechnung]] dividiert wird, indem mit dem [[Kehrwert]] multipliziert wird: | Zuerst wenden wir Regel 7 an. Zusätzlich erinnern wir uns, dass bei der [[Brüche |Bruchrechnung]] dividiert wird, indem mit dem [[Kehrwert]] multipliziert wird: | ||
| − | + | $=\frac{x^4\cdot y^6}{z^{-4} }\cdot \frac{x^2}{z^4\cdot y^{-3} }$ | |
Nun multiplizieren wir die Brüche und wenden Regel 1-4 an: | Nun multiplizieren wir die Brüche und wenden Regel 1-4 an: | ||
| − | + | $\frac{x^4\cdot y^6\cdot x^2}{z^{-4}\cdot z^4\cdot y^{-3} } $ | |
| − | + | $\frac{x^6\cdot y^6\cdot y^{3} }{z^0}=\frac{x^6\cdot y^9}{1}=x^6\cdot y^9$ | |
}} | }} | ||
| − | === 7. Potenzregel === | + | |
| + | ===7. Potenzregel=== | ||
{{Vorlage:Merke|1='''7. Regel der Potenzrechnung''' | {{Vorlage:Merke|1='''7. Regel der Potenzrechnung''' | ||
| − | + | $\sqrt[n]{a}=a^{\frac{1}{n} }$ | |
Der Wurzelexponent n kann kann als Nenner des Exponenten des Exponenten angeschrieben werden. | Der Wurzelexponent n kann kann als Nenner des Exponenten des Exponenten angeschrieben werden. | ||
}} | }} | ||
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Musterbeispiele: Wende die Regeln der Potenzrechnung an: | Musterbeispiele: Wende die Regeln der Potenzrechnung an: | ||
| − | {{Vorlage:Beispiel|1= | + | {{Vorlage:Beispiel|1= $\sqrt[3]{5}=$ |
| − | |2= | + | |2= $\sqrt[3]{5}=5^{\frac{1}{3} }$}} |
| − | {{Vorlage:Beispiel|1= | + | {{Vorlage:Beispiel|1= $\sqrt[3]{5^{12} }=$ |
| − | |2= | + | |2= $\sqrt[3]{5^{12} }=5^{\frac{12}{3} }=5^{4}=625$}} |
| − | {{Vorlage:Beispiel|1= | + | {{Vorlage:Beispiel|1= $\frac{2}{\sqrt[3]{x^2} }=$ |
| − | |2= | + | |2= $\frac{2}{\sqrt[3]{x^2} }= \frac{2}{x^{\frac{2}{3} } }= 2\cdot x^{-\frac{2}{3} }$}} |
Version vom 3. Februar 2016, 02:41 Uhr
Inhaltsverzeichnis
Definition
Eine Potenz besteht aus einer Basis und einer Hochzahl, dem sogenannten Exponenten:
Beispiele:
- $2^3$
- $5^x$
- $x^{-2}$
- $c^{b+a}$
Im Folgenden sind $a,\ b,\ n,\ m,\ x,\ y\in$ $\mathbb{R}$.
Rechnen mit Potenzen
Nun wollen wir lernen mit Potenzen zu rechnen. Wie können wir zum Beispiel $\left(2^3\right)^4$ oder $\frac{x^2}{x^3}$ berechnen? Hierbei helfen uns die Rechenregeln für Potenzen:
1. Potenzregel
|
1. Regel der Potenzrechnung
$a^n\cdot a^m=a^{n+m}$ Potenzen mit derselben Basis werden multipliziert, indem man die Exponenten addiert. |
Beweis für diese Regel
$=\underbrace{x\cdot x\cdot . . . \cdot x\cdot x\cdot . . . \cdot x}_{n+m-mal}=x^{n+m}$
Musterbeispiele: Wende die 1. Regel der Potenzrechnung an:
$x^3\cdot x^2=$
$2^4\cdot 2^3\cdot b^2$
!Achtung! Weiter kannst du diesen Term nicht zusammenfassen, da 2 und b unterschiedliche Basen sind
2. Potenzregel
|
2. Regel der Potenzrechnung
$\frac{a^n}{a^m}=a^{n-m}$ Potenzen mit derselben Basis werden dividiert, indem man die Exponenten subtrahiert. |
Beweis für diese Regel
$=\underbrace{a\cdot a\cdot . . . \cdot a\cdot a}_{n-m-mal}=a^{n-m}$
Musterbeispiele: Wende die 1. und 2. Regel der Potenzrechnung an:
$\frac{x^3}{x^2}=$
$\frac{2^4\cdot 2^3}{2^5}=$
3. Potenzregel
|
3. Regel der Potenzrechnung
$\left(a^n\right)^m=a^{n\cdot m}$ Potenzen werden potenziert ("hoch-genommen"), indem man die Exponenten multipliziert. |
Musterbeispiele: Wende die 3. Regel der Potenzrechnung an:
$\left(x^3\right)^2=$
$\left(x^{-3}\right)^2=$
4. Potenzregel
|
4. Regel der Potenzrechnung
$a^{-n}=\frac{1}{a^n} \ und\ \frac{1}{a^{-n} }=a^n$ Ein negatives Vorzeichen im Exponenten bewirkt, dass man den Kehrwert bildet oder verschiebt man eine Potenz vom Zähler in den Nenner, oder umgekehrt, so ändert sich das Vorzeichen des Exponenten. |
Musterbeispiele: Wende die ersten 4 Regel der Potenzrechnung an:
$\frac{x^2}{x^{-3} }=$
$\frac{x^2\cdot y^2\cdot y^{-1} }{x^{-3}\cdot y^{3} }=$
Tipp: Oft ist es am einfachsten, alle Terme in den Zähler zu heben (mit Regel 4) und dann Regel 1 zu verwenden.
5. Potenzregel
|
5. Regel der Potenzrechnung
$a^0=1 \ \ \ \textrm{für }a\neq 0$ Eine Zahl a hoch 0 ergibt immer 1, solange a ungleich 0 ist. Der Term $0^0$ ist nicht definiert. Genauere Informationen zu $0^0$ findest du hier. |
Musterbeispiele: Wende die 5. Regel der Potenzrechnung an:
$x^0=$
$12341234^0=$
6. Potenzregel
|
6. Regel der Potenzrechnung
$\left( \frac{a}{b}\right)^n=\frac{a^n}{b^n} \ und\ (a\cdot b)^n=a^n\cdot b^n$ Eine Klammer mit einem Exponenten darüber kann aufgelöst werden, indem man jeden Faktor mit dem Exponenten potenziert (hoch-nimmt) |
Musterbeispiele: Wende die Regeln der Potenzrechnung an:
$(x\cdot y)^3$
$(x^2\cdot y^3)^{-4}$
$\left(\frac{x^2\cdot y^3}{z^{-2} }\right)^{2}:\left(\frac{z^{4}\cdot y^{-3} }{x^2} \right)$
Zuerst wenden wir Regel 7 an. Zusätzlich erinnern wir uns, dass bei der Bruchrechnung dividiert wird, indem mit dem Kehrwert multipliziert wird: $=\frac{x^4\cdot y^6}{z^{-4} }\cdot \frac{x^2}{z^4\cdot y^{-3} }$ Nun multiplizieren wir die Brüche und wenden Regel 1-4 an: $\frac{x^4\cdot y^6\cdot x^2}{z^{-4}\cdot z^4\cdot y^{-3} } $ $\frac{x^6\cdot y^6\cdot y^{3} }{z^0}=\frac{x^6\cdot y^9}{1}=x^6\cdot y^9$
7. Potenzregel
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7. Regel der Potenzrechnung
$\sqrt[n]{a}=a^{\frac{1}{n} }$ Der Wurzelexponent n kann kann als Nenner des Exponenten des Exponenten angeschrieben werden. |
Musterbeispiele: Wende die Regeln der Potenzrechnung an:
$\sqrt[3]{5}=$
$\sqrt[3]{5^{12} }=$
$\frac{2}{\sqrt[3]{x^2} }=$
