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指數運算律:積、商與冪的法則

三條法則幾乎包辦了一切。每一條都只是對因子的清點——一旦看懂它們為什麼成立,就再也不用死記。乘法時指數相加,除法時指數相減,冪的乘方時指數相乘。

相乘:指數相加

積的法則說:相乘的兩個冪如果底數相同,就保留底數、把指數相加:b^m · b^n = b^(m+n)。為什麼?因為每個冪不過是一堆因子,把兩堆併在一起就成了更大的一堆。數一數就明白了。

2^3 · 2^4 = (2·2·2) · (2·2·2·2)
          = 2·2·2·2·2·2·2
          = 2^7        (3 + 4 = 7)

Check:  2^3 · 2^4 = 8 · 16 = 128 = 2^7  ✓
積的法則就是數因子:3 個加 4 個等於 7 個。

相除:指數相減

商的法則是它的鏡像:對同一個非零底數,b^m / b^n = b^(m−n)。相除會把上下相同的因子約掉,留下來的就是因子個數之差。

x^5 / x^2 = (x·x·x·x·x) / (x·x)
          = x·x·x          (two factors cancel)
          = x^3            (5 − 2 = 3)

With coefficients:  20y^7 / 5y^3 = (20/5)·y^(7−3) = 4y^4
約掉共有的因子,剩下的個數就是 m − n。

冪的乘方、積的乘方與商的乘方

冪的法則處理「冪的乘方」:(b^m)^n = b^(m·n)。你有 n 個 b^m,每個帶 m 個因子,合起來共 m·n 個因子。還有兩個近親也在這裡:積的乘方會分配,(ab)^n = a^n b^n;商的乘方同理,(a/b)^n = a^n / b^n。

(x^3)^4 = x^3 · x^3 · x^3 · x^3 = x^12   (3 · 4 = 12)
(2x)^3  = 2^3 · x^3 = 8x^3
(x/3)^2 = x^2 / 3^2 = x^2 / 9

Mixed:  (2x^2 y)^3 = 2^3 · x^6 · y^3 = 8x^6 y^3
冪的乘方是相乘;積與商的乘方會分配到每個因子上。