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指数运算律:积、商与幂的法则

三条法则几乎包办了一切。每一条都只是对因子的清点——一旦看懂它们为什么成立,就再也不用死记。乘法时指数相加,除法时指数相减,幂的乘方时指数相乘。

相乘:指数相加

积的法则说:相乘的两个幂如果底数相同,就保留底数、把指数相加:b^m · b^n = b^(m+n)。为什么?因为每个幂不过是一堆因子,把两堆并在一起就成了更大的一堆。数一数就明白了。

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  ✓
积的法则就是数因子:3 个加 4 个等于 7 个。

相除:指数相减

商的法则是它的镜像:对同一个非零底数,b^m / b^n = b^(m−n)。相除会把上下相同的因子约掉,留下来的就是因子个数之差。

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
约掉共有的因子,剩下的个数就是 m − n。

幂的乘方、积的乘方与商的乘方

幂的法则处理“幂的乘方”:(b^m)^n = b^(m·n)。你有 n 个 b^m,每个带 m 个因子,合起来共 m·n 个因子。还有两个近亲也在这里:积的乘方会分配,(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
幂的乘方是相乘;积与商的乘方会分配到每个因子上。