Lecția I.10 conține următoarele grupuri de exerciții:

Alege rezolvarea exercițiului:

Exercițiul 1 (gratuit)

Rezolvare scurtă

\( 8^{20} \cdot 4^7 : 2^{16} = (2^3)^{20} \cdot (2^2)^7 : 2^{16} = \) \( = 2^{3 \cdot 20} \cdot 2^{2 \cdot 7} : 2^{16} = \) \( = 2^{60} \cdot 2^{14} : 2^{16} = \) \( = 2^{60+14} : 2^{16} = \) \( = 2^{74} : 2^{16} = \) \( = 2^{74-16} = 2^{58} \) Verificare variante: A) \( 4^{29} = (2^2)^{29} = 2^{2 \cdot 29} = 2^{58} \) B) \( 16^{12} = (2^4)^{12} = 2^{4 \cdot 12} = 2^{48} \) C) \( 2^{90} \) D) \( 2^{12} \) Varianta corectă este A.

Rezolvare detaliată

Pentru a găsi rezultatul corect al calculului, vom aduce toate puterile la aceeași bază. Observăm că bazele \( 8 \), \( 4 \) și \( 2 \) pot fi scrise ca puteri ale lui \( 2 \).

Pasul 1: Scrierea bazelor ca puteri ale lui 2

Știm că: - \( 8 = 2^3 \) (deoarece \( 2 \cdot 2 \cdot 2 = 8 \)) - \( 4 = 2^2 \) (deoarece \( 2 \cdot 2 = 4 \))

Pasul 2: Transformarea expresiei folosind regula puterii unei puteri

Vom înlocui bazele în expresia dată: \( 8^{20} \cdot 4^7 : 2^{16} \). Aplicăm regula \( (a^m)^n = a^{m \cdot n} \): - \( 8^{20} = (2^3)^{20} = 2^{3 \cdot 20} = 2^{60} \) - \( 4^7 = (2^2)^7 = 2^{2 \cdot 7} = 2^{14} \) Expresia devine: \[ 2^{60} \cdot 2^{14} : 2^{16} \]

Pasul 3: Efectuarea înmulțirii puterilor cu aceeași bază

Folosim regula \( a^m \cdot a^n = a^{m+n} \): \[ 2^{60} \cdot 2^{14} = 2^{60+14} = 2^{74} \] Acum expresia este: \[ 2^{74} : 2^{16} \]

Pasul 4: Efectuarea împărțirii puterilor cu aceeași bază

Folosim regula \( a^m : a^n = a^{m-n} \): \[ 2^{74} : 2^{16} = 2^{74-16} = 2^{58} \]

Pasul 5: Compararea cu variantele de răspuns

Rezultatul nostru este \( 2^{58} \). Să verificăm variantele date transformându-le tot în baza \( 2 \): - A) \( 4^{29} = (2^2)^{29} = 2^{2 \cdot 29} = 2^{58} \) - B) \( 16^{12} = (2^4)^{12} = 2^{4 \cdot 12} = 2^{48} \) - C) \( 2^{90} \) - D) \( 2^{12} \) Observăm că rezultatul \( 2^{58} \) corespunde variantei A.

Rezolvare scurtă:

\( 8^{20} \cdot 4^7 : 2^{16} = (2^3)^{20} \cdot (2^2)^7 : 2^{16} = 2^{60} \cdot 2^{14} : 2^{16} = 2^{74} : 2^{16} = 2^{58} \) \( A) 4^{29} = (2^2)^{29} = 2^{58} \Rightarrow \) Răspuns corect A.

Cele mai importante aspecte ale lecției

Reguli cheie pentru puteri:
  • Baze egale: La înmulțire se adună exponenții \( (a^m \cdot a^n = a^{m+n}) \), iar la împărțire se scad \( (a^m : a^n = a^{m-n}) \).
  • Puterea unei puteri: Se înmulțesc exponenții \( ((a^m)^n = a^{m \cdot n}) \).
  • Exponenți egali: Puterea se distribuie la produs/cât: \( (a \cdot b)^n = a^n \cdot b^n \), respectiv \( (a : b)^n = a^n : b^n \).
  • Pătrate perfecte: Orice putere cu exponent par este pătrat perfect, adică are forma \( (a^n)^2 = a^{2n} \).
  • Factor comun: Sumele de puteri de tipul \( a^{n+k} + a^n \) se rezolvă dând factor comun pe \( a^n \).
Pentru a ușura calculele cu puteri care au aceeași bază sau același exponent, aplicăm o serie de reguli de calcul fundamentale.
Regulă Formulă Exemplu
Înmulțirea puterilor cu aceeași bază
Se scrie baza și se adună exponenții.
\[ a^m \cdot a^n = a^{m+n} \] \( 3^5 \cdot 3^4 = 3^{5+4} = 3^9 \)
\( 5^4 \cdot 5 = 5^{4+1} = 5^5 \)
Împărțirea puterilor cu aceeași bază
Se scrie baza și se scad exponenții.
\[ a^m : a^n = a^{m-n} \]
(unde \( a \neq 0, m \ge n \))
\( 7^8 : 7^6 = 7^{8-6} = 7^2 = 49 \)
\( 3^4 : 3 = 3^{4-1} = 3^3 = 27 \)
Puterea unei puteri
Se scrie baza și se înmulțesc exponenții.
\[ (a^m)^n = a^{m \cdot n} \] \( (15^6)^2 = 15^{6 \cdot 2} = 15^{12} \)
\( (37^{63})^0 = 37^0 = 1 \)
Puterea unui produs
Se ridică la putere fiecare factor al produsului.
\[ (a \cdot b)^n = a^n \cdot b^n \] \( (2 \cdot 3)^2 = 2^2 \cdot 3^2 = 4 \cdot 9 = 36 \)
Puterea unui cât
Se ridică la putere fiecare factor al câtului.
\[ (a : b)^n = a^n : b^n \]
(unde \( b \neq 0 \))
\( (35 : 7)^4 = 35^4 : 7^4 = 5^4 = 625 \)
Efectuați, aplicând regulile de calcul: \( (3^6)^2 \cdot (9^4)^4 : (81^5)^2 \).
Aducem toate puterile la aceeași bază, care este \( 3 \):
\( (3^6)^2 = 3^{6 \cdot 2} = 3^{12} \)
\( (9^4)^4 = 9^{16} = (3^2)^{16} = 3^{32} \)
\( (81^5)^2 = 81^{10} = (3^4)^{10} = 3^{40} \)
Înlocuim în expresia inițială: \[ 3^{12} \cdot 3^{32} : 3^{40} = 3^{12+32} : 3^{40} = 3^{44} : 3^{40} = 3^{44-40} = 3^4 = 81 \]
Un număr este pătrat perfect dacă poate fi scris sub forma unei puteri cu exponentul 2 (un număr ridicat la pătrat).
Proprietatea 1: Orice putere cu exponent par este pătrat perfect: \[ a^{2n} = (a^n)^2 \] Exemplu: \( 10^6 = 10^{2 \cdot 3} = (10^3)^2 = (1\,000)^2 \) (deci \( 10^6 \) este pătrat perfect).
Proprietatea 2: Produsul a două sau mai multor pătrate perfecte este tot un pătrat perfect: \[ a^2 \cdot b^2 = (a \cdot b)^2 \] Exemplu: \( 3^4 \cdot 10^6 = (3^2)^2 \cdot (10^3)^2 = 9^2 \cdot 1\,000^2 = (9 \cdot 1\,000)^2 = 9\,000^2 \).
Arătați că numărul \( A = 25^{13} \) este pătrat perfect.
Scriem baza \( 25 \) ca \( 5^2 \): \[ A = (5^2)^{13} = 5^{2 \cdot 13} = 5^{26} \] Deoarece exponentul \( 26 \) este par, putem scrie: \[ 5^{26} = (5^{13})^2 \] Prin urmare, \( A \) este pătratul numărului \( 5^{13} \), deci este pătrat perfect.
Atunci când avem sume sau diferențe de puteri cu baze egale și exponenți diferiți, descompunem puterile folosind regulile de calcul și dăm factor comun puterea cu exponentul cel mai mic.
Exemplu: Simplificați expresia \( 7^{n+3} + 3 \cdot 7^{n+1} - 4 \cdot 7^n \).
Rezolvare: Scriem termenii desfășurat: \[ 7^{n+3} = 7^n \cdot 7^3 \] \[ 7^{n+1} = 7^n \cdot 7^1 \] Înlocuim în expresie și dăm factor comun pe \( 7^n \): \[ 7^n \cdot 7^3 + 3 \cdot 7^n \cdot 7^1 - 4 \cdot 7^n = 7^n \cdot (7^3 + 3 \cdot 7 - 4) \] Efectuăm calculele din paranteză: \[ 7^n \cdot (343 + 21 - 4) = 7^n \cdot 360 = 360 \cdot 7^n \]
Pentru a calcula o sumă de puteri consecutive de forma \( S = 1 + a + a^2 + a^3 + \dots + a^n \), înmulțim întreaga sumă cu baza \( a \) și scădem apoi suma inițială din cea obținută.
Exemplu: Calculați \( s = 1 + 2 + 2^2 + 2^3 + \dots + 2^{27} \).
Rezolvare: Înmulțim suma \( s \) cu baza \( 2 \): \[ 2s = 2 + 2^2 + 2^3 + 2^4 + \dots + 2^{27} + 2^{28} \] Observăm că primii termeni ai lui \( 2s \) reprezintă chiar \( s - 1 \): \[ 2 + 2^2 + 2^3 + \dots + 2^{27} = s - 1 \] Înlocuim această parte în relația lui \( 2s \): \[ 2s = (s - 1) + 2^{28} \] Scăzând \( s \) din ambele părți, obținem: \[ s = 2^{28} - 1 \]

Probleme practice

Problemă 1 (Ușoară): Efectuați calculele și scrieți rezultatul sub forma unei singure puteri: \[ 2^{10} \cdot 4^3 : 8^2 \]
Scriem bazele \( 4 \) și \( 8 \) ca puteri ale lui \( 2 \):
\( 4^3 = (2^2)^3 = 2^6 \)
\( 8^2 = (2^3)^2 = 2^6 \)
Înlocuim în expresie: \[ 2^{10} \cdot 2^6 : 2^6 = 2^{10+6-6} = 2^{10} \]
Răspuns: \( 2^{10} \)
Problemă 2 (Medie): Comparați numerele \( A \) și \( B \) folosind regulile de calcul cu puteri: \[ A = (5^4)^3 : 5^2 \quad \text{și} \quad B = 25^5 \]
Calculăm valoarea lui \( A \): \[ A = 5^{4 \cdot 3} : 5^2 = 5^{12} : 5^2 = 5^{12-2} = 5^{10} \] Aducem și numărul \( B \) la baza \( 5 \): \[ B = 25^5 = (5^2)^5 = 5^{2 \cdot 5} = 5^{10} \] Comparând cele două rezultate obținem \( 5^{10} = 5^{10} \).
Răspuns: \( A = B \)
Problemă 3 (Dificilă): Determinați numărul natural \( x \) din următoarea egalitate: \[ 3^{x+2} + 3^{x+1} + 3^x = 351 \]
Descompunem puterile folosind regula înmulțirii cu aceeași bază: \[ 3^x \cdot 3^2 + 3^x \cdot 3^1 + 3^x = 351 \] Scoatem factor comun pe \( 3^x \): \[ 3^x \cdot (3^2 + 3^1 + 1) = 351 \] Calculăm paranteza: \[ 3^x \cdot (9 + 3 + 1) = 351 \] \[ 3^x \cdot 13 = 351 \] Aflăm valoarea lui \( 3^x \): \[ 3^x = 351 : 13 \] \[ 3^x = 27 \] Deoarece \( 27 = 3^3 \), obținem: \[ x = 3 \]
Răspuns: \( x = 3 \)

Învinge
tema
cu mii de rezolvări, lecții și teste: