Нам уже знакомо понятие степени с натуральным показателем. Перейдём к основным правилам, по которым можно выполнять умножение и деление степеней с одинаковыми основаниями.
Теорема 1 Для любого числа a и любых натуральных чисел m и n справедливо равенство:
am⋅an=am+n.
ДоказательствоПо определению степени с натуральным показателем:
am=a⋅a⋅…⋅amмножителей,an=a⋅a⋅…⋅anмножителей.
Тогда:
am⋅an=a⋅a⋅…⋅amраз⋅a⋅a⋅…⋅anраз.
По правилу объединения множителей:
=m+nразa⋅a⋅…⋅a=am+n.
Теорема доказана. Это правило справедливо и для большего количества степеней:
an1⋅an2⋅…⋅ank=an1+n2+…+nk.
Вывод:При умножении степеней с одинаковыми основаниями показатели складываются, основание остаётся без изменений:
am⋅an=am+n
▶ Пример 1. Представим произведение x5⋅x17 в виде степени:
Доказательство Запишем произведение am−n⋅an:По предыдущей теореме:
am−n⋅an=a(m−n)+n=am.
Тогда из этого равенства:
am−n=anam.
Что и требовалось доказать. Вывод:При делении степеней с одинаковыми основаниями из показателя степени числителя вычитается показатель степени знаменателя, основание остаётся прежним:
am:an=am−n,a=0,m>n.
▶ Пример 2. Вычислим:
a10:a2=a10−2=a8.
Важно: В формулировке теоремы обязательно условие a=0, чтобы избежать деления на ноль при подстановке значений. Если m=n, то по правилу:
anan=an−n=a0.
Но с другой стороны, по определению:
anan=1.
Значит, для любого a=0:
a0=1.
Однако при a=0 выражение a0=0n0n превращается в деление на ноль, что не определено.
Вывод: Степень нулевого порядка от ненулевого основания равна единице:
a0=1,a=0.
Выражение 00 не имеет смысла и в математике считается неопределённым.