Bài 3: Phép tính lũy thừa với số mũ tự nhiên của một số hữu tỉ

Khởi động

17

Khối lượng Trái Đất khoảng 5,9724 . 1024 kg.

Khối lượng Sao Hỏa khoảng 6,417. 1023 kg.

Khối lượng Sao Hỏa bằng khoảng bao nhiêu lần khối lượng Trái Đất?

Gợi ýarrow-down-icon

Thực hiện phép chia khối lượng Sao Hỏa cho khối lượng Trái Đất

Đáp ánarrow-down-icon

Khối lượng Sao Hỏa bằng khoảng số lần khối lượng Trái Đất là:

 \(\frac{{6,417.{\rm{ }}{{10}^{23}}}}{{5,{{9724.10}^{24}}}} = \frac{{6,417.{\rm{ }}{{10}^{23}}}}{{59,{{724.10}^{23}}}} = \frac{{6,417}}{{59,724}} \approx 0,11\) (lần)

Hoạt động 1

17

Viết các tích sau dưới dạng lũy thừa và nêu cơ số, số mũ của chúng:

a) \(7.7.7.7.7\)                           

b) \(12.12…12\) ( n thừa số 12)\(\left( {n \in \mathbb{N},n > 1} \right)\)

Gợi ýarrow-down-icon

\({x^n} = \underbrace {x.x \ldots .x}_{n{\rm{ }}}{\rm{ }}\) (\(n \in {\mathbb{N}^*}\))

Số \(x\) được gọi là cơ số, \(n\) được gọi là số mū.

Đáp ánarrow-down-icon

a) \(7.7.7.7.7 = 7^5\)

b) \(12.12….12 = 12^n\) ( n thừa số 12)

Luyện tập vận dụng 1

18

Tính thể tích một bể nước dạng hình lập phương có độ dài cạnh là 1,8m.

Gợi ýarrow-down-icon

Thể tích hình lập phương cạnh a là: \(V = a^3\)

Đáp ánarrow-down-icon

Thể tích bể nước hình lập phương là:

\(V = 1,8^3 = 5,832 ( m^3 )\)

Luyện tập vận dụng 2

18

Tính: \({\left( {\frac{{ - 3}}{4}} \right)^3};{\left( {\frac{1}{2}} \right)^5}\)

Gợi ýarrow-down-icon

\({x^n} = \underbrace {x.x \ldots .x}_{n{\rm{ }}}{\rm{ }}\) \(n \in {\mathbb{N}^*}\)

Đáp ánarrow-down-icon

\(\begin{array}{l}{\left( {\frac{{ - 3}}{4}} \right)^3} = \left( {\frac{{ - 3}}{4}} \right).\left( {\frac{{ - 3}}{4}} \right).\left( {\frac{{ - 3}}{4}} \right) = \frac{{( - 3).( - 3).( - 3)}}{{4.4.4}} = \frac{{ - 27}}{{64}}\\{\left( {\frac{1}{2}} \right)^5} = \frac{1}{2}.\frac{1}{2}.\frac{1}{2}.\frac{1}{2}.\frac{1}{2} = \frac{{1.1.1.1.1}}{{2.2.2.2.2}} = \frac{1}{{32}}\end{array}\)

Hoạt động 2

18

Viết kết quả của mỗi phép tính sau dưới dạng một lũy thừa:

a) \({2^m}{.2^n}\)                      

b) \({3^m}:{3^n}\) với \(m \ge n\)

Gợi ýarrow-down-icon

Sử dụng định nghĩa lũy thừa của một số hữu tỉ \({x^m}=x.x....x\) ( m thừa số \(x\))

Đáp ánarrow-down-icon

a) \({2^m}{.2^n}=\underbrace {2.2 \ldots .2}_{m{\rm{ }}}{\rm{ }}.\underbrace {2.2 \ldots .2}_{n{\rm{ }}}{\rm{ }}\) \(= 2^{m+n}\)

b) \({3^m}:{3^n}=(\underbrace {3.3 \ldots .3}_{m{\rm{ }}}{\rm{ }}):(\underbrace {3.3 \ldots .3}_{n{\rm{ }}}{\rm{ }})\) \(= 3^{m-n}\)  với \(m \ge n\)

Luyện tập vận dụng 3

19

Viết kết quả của mỗi phép tính sau dưới dạng một lũy thừa:

a) \(\frac{6}{5}.{\left( {1,2} \right)^8};\)

b) \({\left( {\frac{{ - 4}}{9}} \right)^7}:\frac{{16}}{{81}}\)

Gợi ýarrow-down-icon

Viết các số dưới dạng lũy thừa với số mũ tự nhiên

\(\begin{array}{l}{x^m}.{x^n} = {x^{m + n}}\left( {m,n \in \mathbb{N}} \right)\\{x^m}:{x^n} = {x^{m - n}}\left( {x \ne 0;m \ge n;\,m,n \in \mathbb{N}} \right)\end{array}\)

Đáp ánarrow-down-icon

a)  \(\frac{6}{5}.{\left( {1,2} \right)^8} = 1,2.{(1,2)^8} = {(1,2)^{1 + 8}} = {(1,2)^9}\)

b) \({\left( {\frac{{ - 4}}{9}} \right)^7}:\frac{{16}}{{81}} = {\left( {\frac{{ - 4}}{9}} \right)^7}:{\left( {\frac{{ - 4}}{9}} \right)^2} = {\left( {\frac{{ - 4}}{9}} \right)^{7 - 2}} = {\left( {\frac{{ - 4}}{9}} \right)^5}\)

Hoạt động 3

19

So sánh: \({\left( {{{15}^3}} \right)^2}\)\({15^{3.2}}\).

Gợi ýarrow-down-icon

\({x^n} = \underbrace {x.x \ldots .x}_{n{\rm{ }}}{\rm{ }}\) (\(n \in {\mathbb{N}^*}\))

Đáp ánarrow-down-icon

Ta có: \({\left( {{{15}^3}} \right)^2}\) = \(15^3 . 15^3 = 15^{3+3} = 15^6\)

\({15^{3.2}} = 15^6\)

Vậy \({\left( {{{15}^3}} \right)^2}\) = \({15^{3.2}}\)

Luyện tập vận dụng 4

19

Viết kết quả của mỗi phép tính sau dưới dạng một lũy thừa của a:

a) \({\left[ {{{\left( { - \frac{1}{6}} \right)}^3}} \right]^4}\) với \(a =  - \frac{1}{6}\).

b) \({\left[ {{{\left( { - 0,2} \right)}^4}} \right]^5}\) với \(a =  - 0,2\).

Gợi ýarrow-down-icon

\({\left( {{x^m}} \right)^n} = {x^{m.n}}\left( {m,n \in \mathbb{N}} \right)\)

Đáp ánarrow-down-icon

a) \({\left[ {{{\left( { - \frac{1}{6}} \right)}^3}} \right]^4}\) (với \(a =  - \frac{1}{6}\))

\(=(- \frac{1}{6})^{3. 4}=(- \frac{1}{6})^{12}\)

b) \({\left[ {{{\left( { - 0,2} \right)}^4}} \right]^5}\) (với \(a =  - 0,2\))

\(=(-0,2)^{4.5}=(-0,2)^{20}\)

Bài tập 1

20

Tìm số thích hợp cho “?” trong bảng sau:

Lũy thừa\({\left( {\frac{{ - 3}}{2}} \right)^4}\)\({\left( {0,1} \right)^3}\)???
Cơ số?\(0,1\)1,5\(\frac{1}{3}\)2
Số mũ??24?
Giá trị lũy thừa????1
Gợi ýarrow-down-icon

Luỹ thừa bậc n của một số hữu tỉ \(x\), kí hiệu \({x^n}\), là tích của \(n\) thừa số \(x\):

\({x^n} = \underbrace {x.x \ldots .x}_{n{\rm{ }}}{\rm{ }}\) (\(n \in {\mathbb{N}^*}\))

Số \(x\) được gọi là cơ số, \(n\) được gọi là số mū.

Đáp ánarrow-down-icon
Lũy thừa\({\left( {\frac{{ - 3}}{2}} \right)^4}\)\({\left( {0,1} \right)^3}\)\({\left( {1,5} \right)^2}\)\({\left( {\frac{1}{3}} \right)^4}\)\({2^0}\)
Cơ số\(\frac{{ - 3}}{2}\)\(0,1\)1,5\(\frac{1}{3}\)2
Số mũ4\(3\)240
Giá trị lũy thừa\(\frac{{81}}{{16}}\)\(0,001\)\(2,25\)\(\frac{1}{{81}}\)1

Bài tập 2

20

So sánh:

a) \({( - 2)^4} \cdot {( - 2)^5}\) và \({( - 2)^{12}}:{( - 2)^3}\);

b) \({\left( {\frac{1}{2}} \right)^2} \cdot {\left( {\frac{1}{2}} \right)^6}\) và \({\left[ {{{\left( {\frac{1}{2}} \right)}^4}} \right]^2}\)

c) \({(0,3)^8}:{(0,3)^2}\) và \({\left[ {{{(0,3)}^2}} \right]^3}\);

d) \({\left( { - \frac{3}{2}} \right)^5}:{\left( { - \frac{3}{2}} \right)^3}\) và \({\left( {\frac{3}{2}} \right)^2}\).

Gợi ýarrow-down-icon

Thực hiện phép tính rồi so sánh:

\(\begin{array}{l}{x^m}.{x^n} = {x^{m + n}}\left( {m,n \in \mathbb{N}} \right)\\{x^m}:{x^n} = {x^{m - n}}\left( {x \ne 0;m \ge n;\,m,n \in \mathbb{N}} \right)\end{array}\)

Đáp ánarrow-down-icon

a) \({( - 2)^4} \cdot {( - 2)^5} = {\left( { - 2} \right)^{4 + 5}} = {\left( { - 2} \right)^9}\)

 \({( - 2)^{12}}:{( - 2)^3} = {\left( { - 2} \right)^{12 - 3}} = {\left( { - 2} \right)^9}\)

Vậy \({( - 2)^4} \cdot {( - 2)^5}\) = \({( - 2)^{12}}:{( - 2)^3}\);

b) \({\left( {\frac{1}{2}} \right)^2} \cdot {\left( {\frac{1}{2}} \right)^6} = {\left( {\frac{1}{2}} \right)^{2 + 6}} = {\left( {\frac{1}{2}} \right)^8}\)

\({\left[ {{{\left( {\frac{1}{2}} \right)}^4}} \right]^2} = {\left( {\frac{1}{2}} \right)^{4.2}} = {\left( {\frac{1}{2}} \right)^8}\)

Vậy \({\left( {\frac{1}{2}} \right)^2} \cdot {\left( {\frac{1}{2}} \right)^6}\) = \({\left[ {{{\left( {\frac{1}{2}} \right)}^4}} \right]^2}\)

c) \({(0,3)^8}:{(0,3)^2} = {\left( {0,3} \right)^{8 - 2}} = {\left( {0,3} \right)^6}\)

\({\left[ {{{(0,3)}^2}} \right]^3} = {\left( {0,3} \right)^{2.3}} = {\left( {0,3} \right)^6}\)

Vậy \({(0,3)^8}:{(0,3)^2}\)\({\left[ {{{(0,3)}^2}} \right]^3}\).

d) \({\left( { - \frac{3}{2}} \right)^5}:{\left( { - \frac{3}{2}} \right)^3} = {\left( { - \frac{3}{2}} \right)^{5 - 3}} = {\left( { - \frac{3}{2}} \right)^2} = {\left( {\frac{3}{2}} \right)^2}\)

Vậy \({\left( { - \frac{3}{2}} \right)^5}:{\left( { - \frac{3}{2}} \right)^3}\) = \({\left( {\frac{3}{2}} \right)^2}\).

Bài tập 3

20

Tìm x, biết:

a) \({(1,2)^3}.x = {(1,2)^5};\) 

b) \({\left( {\frac{2}{3}} \right)^7}:x = {\left( {\frac{2}{3}} \right)^6}\)

Gợi ýarrow-down-icon

a) Muốn tìm thừa số, ta lấy tích chia cho thừa số còn lại.

b) Muốn tìm số chia ta lấy số bị chia chia cho thương.

Đáp ánarrow-down-icon

a)  \({(1,2)^3}.x = {(1,2)^5}\)

\(x = {(1,2)^5}:{(1,2)^3}\)

\(x = {(1,2)^2}\)

\(x = 1,44\)

Vậy \(x = 1,44\).

b) \({\left( {\frac{2}{3}} \right)^7}:x = {\left( {\frac{2}{3}} \right)^6}\)

\(x = {\left( {\frac{2}{3}} \right)^7}:{\left( {\frac{2}{3}} \right)^6}\)

 \(x = \frac{2}{3}\)

Vậy \(x = \frac{2}{3}\).

Bài tập 4

20

Viết kết quả mỗi phép tính sau dưới dạng luỹ thừa của \(a\) :

a) \({\left( {\frac{8}{9}} \right)^3} \cdot \frac{4}{3} \cdot \frac{2}{3}\) với \(a = \frac{8}{9};\)

b) \({\left( {\frac{1}{4}} \right)^7} \cdot 0,25\) với \(a = 0,25\);

c) \({( - 0,125)^6}:\frac{{ - 1}}{8}\) với \(a =  - \frac{1}{8};\)

d) \({\left[ {{{\left( {\frac{{ - 3}}{2}} \right)}^3}} \right]^2}\) với \(a = \frac{{ - 3}}{2}\).

Gợi ýarrow-down-icon

\({x^m}.{x^n} = {x^{m + n}}\left( {m,n \in \mathbb{N}} \right)\)

\({x^m}:{x^n} = {x^{m - n}}\left( {x \ne 0;m \ge n;\,m,n \in \mathbb{N}} \right)\)

\({\left( {{x^m}} \right)^n} = {x^{m.n}}\left( {m,n \in \mathbb{N}} \right)\)

Đáp ánarrow-down-icon

a) \({\left( {\frac{8}{9}} \right)^3} \cdot \frac{4}{3} \cdot \frac{2}{3} = {\left( {\frac{8}{9}} \right)^3}.\frac{8}{9} = {\left( {\frac{8}{9}} \right)^{3+1}}={\left( {\frac{8}{9}} \right)^4}\)

b) \({\left( {\frac{1}{4}} \right)^7} \cdot 0,25 = {\left( {0,25} \right)^7}.0,25 ={\left( {0,25} \right)^{7+1}}= {\left( {0,25} \right)^8}\)

c) \({( - 0,125)^6}:\frac{{ - 1}}{8} = {\left( {\frac{{ - 1}}{8}} \right)^6}:\frac{{ - 1}}{8} = {\left( {\frac{{ - 1}}{8}} \right)^{6-1}}= {\left( {\frac{{ - 1}}{8}} \right)^5}\)

d) \({\left[ {{{\left( {\frac{{ - 3}}{2}} \right)}^3}} \right]^2} = {\left( {\frac{{ - 3}}{2}} \right)^{3.2}} = {\left( {\frac{{ - 3}}{2}} \right)^6}\)

Bài tập 5

20

Cho \(x\) là số hữu tỉ. Viết \({x^{12}}\) dưới dạng:

a) Luỹ thừa của \({x^2}\);

b) Luỹ thừa của \({x^3}\).

Gợi ýarrow-down-icon

\({\left( {{x^m}} \right)^n} = {x^{m.n}}\left( {m,n \in \mathbb{N}} \right)\)

Đáp ánarrow-down-icon

a) \({x^{12}} = {x^{2.6}} = {\left( {{x^2}} \right)^6}\)

b) \({x^{12}} = {x^{3.4}} = {\left( {{x^3}} \right)^4}\)

Bài tập 6

20

Trên bản đồ có tỉ lệ 1: 100 000, một cánh đồng lúa có dạng hình vuông với độ dài cạnh là \(0,7\;{\rm{cm}}\). Tính diện tích thực tế theo đơn vị mét vuông của cánh đồng lúa đó (viết kết quả dưới dạng \(a{.10^n}\) với \(1 \le a < 10\) )

Gợi ýarrow-down-icon

Cạnh hình vuông thực tế = Cạnh hình vuông trên bản đồ. 100 000

Diện tích hình vuông cạnh a là: \(a^2\)

Đáp ánarrow-down-icon

Độ dài cạnh hình vuông ngoài thực tế là: 0,7. 100 000 = 70 000 (cm) = 700 (m)

Diện tích cánh đồng lúa hình vuông ngoài thực tế là: \({\left( {700} \right)^2} = 490\,000\) (\(m^2\)) = \(4,{9.10^5}\) (\(m^2\))

Bài tập 7

20

Biết vận tốc ánh sáng xấp xỉ bằng \(299\,792\,458\;{\rm{m/s}}\) và ánh sáng Mặt Trời cần khoảng 8 phút 19 giây mới đến được Trái Đất. (Nguồn: https://vi.wikipedia.org)

Khoảng cách giữa Mặt Trời và Trái Đất xấp xỉ bằng bao nhiêu ki-lô-mét?

Gợi ýarrow-down-icon

Khoảng cách = Vận tốc . thời gian

Đáp ánarrow-down-icon

Ta có: \(299\,792\,458\; \approx {\rm{300}}\,{\rm{000}}\,{\rm{000 = 3}}{\rm{.1}}{{\rm{0}}^8}\)(m/s)

Đổi 8 phút 19 giây = 499 giây \( \approx 500\) giây

Khoảng cách giữa Mặt Trời và Trái Đất là:

\({3.10^8}.500 = {3.10^8}{.5.10^2} = {15.10^{10}}\)(m) = \({15.10^7}\)(km)

Bài tập 8

21

Hai mảnh vườn có dạng hình vuông. Mảnh vườn thứ nhất có độ dài cạnh là 19,5 m. Mảnh vườn thứ hai có độ dài cạnh là 6,5 m. Diện tích mảnh vườn thứ nhất gấp bao nhiêu lần diện tích mảnh vườn thứ hai?

Gợi ýarrow-down-icon

- Diện tích hình vuông cạnh a là: \(a^2\)

- Tính diện tích mảnh vườn thứ nhất và thứ hai

- Lấy diện tích mảnh vườn thứ nhất : diện tích mảnh vườn thứ hai

Đáp ánarrow-down-icon

Diện tích hình vuông thứ nhất là: \({\left( {19,5} \right)^2} = 380,25\) (\(m^2\))

Diện tích hình vuông thứ hai là: \({\left( {6,5} \right)^2} = 42,25\) (\(m^2\))

Ta có: \(380,25:42,25 = 9\)

Vậy diện tích mảnh vườn thứ nhất gấp 9 lần diện tích mảnh vườn thứ hai.

Bài tập 9

21

Chu kì bán rã của nguyên tố phóng xạ Urani 238 là 4,468 . 109 năm (nghĩa là sau 4,468 . 109 năm khối lượng của nguyên tố đó chỉ còn lại một nửa).

(Nguồn: https://vi.wikipedia.org)

a) Ba chu kì bán rã của nguyên tố phóng xạ đó là bao nhiêu năm?

b) Sau ba chu kì bán rã, khối lượng của nguyên tố phóng xạ đó còn lại bằng bao nhiêu phần khối lượng ban đầu?

Gợi ýarrow-down-icon

a) n chu kì bán rã = n . chu kì bán rã

b) Sau n chu kì bán rã, khối lượng còn lại \(\dfrac{1}{{{2^n}}}\) khối lượng ban đầu.

Đáp ánarrow-down-icon

a) Ba chu kì bán rã của nguyên tố phóng xạ đó là: 3. 4,468 . 109= 13,404. 109=1,3404.1010 (năm)

b) Sau ba chu kì bán rã, khối lượng của nguyên tố phóng xạ đó còn lại \(\dfrac{1}{{{2^3}}} = \dfrac{1}{8}\) khối lượng ban đầu.

Bài tập 10

21

Người ta thường dùng các luỹ thừa của 10 với số mũ nguyên dương để biểu thị những số rất lớn. Ta gọi một số hữu tỉ dương được viết theo kí hiệu khoa học (hay theo dạng chuẩn) nếu nó có dạng \(a.10^n\) với \(1 \le a < 10\) và n là một số nguyên dương. Ví dụ, khối lượng của Trái Đất viết theo kí hiệu khoa học là 5,9724.1024 kg.

Viết các số sau theo kí hiệu khoa học (với đơn vị đã cho):

a) Khoảng cách giữa Mặt Trăng và Trái Đất khoảng 384 400 km;

b) Khối lượng của Mặt Trời khoảng 1989 . 1027 kg;

c) Khối lượng của Sao Mộc khoảng 1 898 . 1024 kg.

(Nguồn: https://www.nasa.gov)

Gợi ýarrow-down-icon

Đưa các số về dạng \(a.10^n\) với \(1 \le a < 10\)

Đáp ánarrow-down-icon

a) \(384{\rm{ }}400 = 3,{844.10^5}\) km

b) \(1989{\rm{ }}.{\rm{ }}{10^{27}} =1,989.10^3.10^{27}= 1,{989.10^{30}}\)kg

c) \(1{\rm{ }}898{\rm{ }}.{\rm{ }}{10^{24}} =1,898.10^3. 10^{24}=1,{898.10^{27}}\)kg

Bài tập 11

21

Sử dụng máy tính cầm tay

Nút luỹ thừa: (ở một số máy tính nút luỹ thừa còn có dạng )

Nút phân số:

Nút chuyển xuống để ghi số hoặc dấu:

Nút chuyển sang phải để ghi số hoặc dấu:

Dùng máy tính cầm tay để tính:

a) \({(3,147)^3};\)

b) \({( - 23,457)^5};\)

c) \({\left( {\frac{4}{{ - 5}}} \right)^4}\);

d) \({(0,12)^2} \cdot {\left( {\frac{{ - 13}}{{28}}} \right)^5}\).

Gợi ýarrow-down-icon

Dùng máy tính cầm tay để tính

Đáp ánarrow-down-icon

a) \({(3,147)^3} \approx 31,167\)

b) \({( - 23,457)^5} \approx  - 7\,101\,700,278\)

c) \({\left( {\frac{4}{{ - 5}}} \right)^4} = \frac{{256}}{{625}}\);

d) \({(0,12)^2} \cdot {\left( {\frac{{ - 13}}{{28}}} \right)^5} \approx  - 3,{107.10^{ - 4}}\).