代入不等式的右边,即
,题目有,
课本45页例2有,积定和最小。
,解得
指数运算与对数运算
初中我们就学过指数运算了,高一只不过将指数的范围从整数拓展到有理数(分数),再拓展到无理数。拓展的前提是:限定底数为正数,且不为1,指数拓展到分数,其中指数分子还是乘方,分母则是初中学的开方。分母为3,则表示开3次方,分母为4,表示开4次方,依次类推。
因而,我们要牢记指数运算公式:
同底数幂相乘: ,
同底数幂相除:
幂的乘方:
以上指数拓展到实数范围。
下面,我们再观察一下: , 其中2叫做底数,3叫做指数,2的3次方的结果8,叫做幂。显然,这里"2,3,8“三个数字是一一对应的。即只有2 的3 次方等于8,而不是2的其他次方。
即我们知道底数2,和指数3,就一定能计算出它的结果 是8,而不是其他。
已知 ****,计算幂的过程,就叫指数运算;
同理,由于一一对应关系,我们,同样可以求出它的底数”2“,初中我们就学过这样的运算叫做开方运算,记作:等号左边是运算符号根号,右边是运算结果。
当然,我们刚刚说过开方运算也可以记做指数为分数的指数运算:即
如果 ,由于三个数的对应关系,已知底数和幂,一定可以求出它的指数的,数学家用这样的符号来表示这种运算,没错,这个符号就是表示求2为底数,幂为8的数的指数是多少,当然数学家给这种求指数的运算一个高大上的名字:对数。对数的本质就是求指数的运算。当然数学家优雅地把这种求指数的运算符号读作:
注意,这里2仍然叫做底数,8在对数不再做幂了,而换一个马夹,叫做
下面我们用求指数的语言来理解一下对数公式:
公式1 左边 ,表示两个真数先相乘后,再求它以a为底的指数。
不妨令
分别表示以a为底数,真数(幂)为M和N的指数
根据同底数幂的公式,显然左边两个真数相乘后,再求它以a为底的指数,肯定等于真数M,N以a为底的指数。
求指数与指数运算是逆运算,就像乘法和除法是逆运算一样。
一个是以2为底的指数运算,一个是以2为底的对数运算,两者是逆运算。就像约分一样,约掉了指数运算的底数和对数运算的底数,还约去对数的运算符号,剩下3便是运算结果。
写成公式便是:(先指数运算再对数运算)
这两个公式也称对数恒等式。
对数还有两个常用公式:一个是
底数和真数均含有指数,可以将指数作为系数,提到对数外面。
另一个是对数的换底公式:
换底是有代价的,即一个对数变成两个对数相除。
我们知道
我们知道,指数从1到10不断变化,幂也是不断变化的。数学并只是研究运算,我们更想知道,幂如何随着指数的变成而变化的。这里我们把指数的变化称为 ,对应的幂的变化称之为:
当然我们不仅要研究以2为底的指数函数,还要研究其它不是2也不是1的正数为底指数函数。
因此,指数函数的一般表示式为:
当然,我们除了探讨幂如随着指数的变化而变化的过程,还可以反过来,探讨指数如何随着幂的变化而变化的过程。即在对数中,我们不要满足计算对数,还要知道以a为底的,,如何引起 (指数)的变化的过程。即$$y=\log_{a}{x}$$由此可见,对数函数与指数函数,它的自变量与因变量是相反的。 这样的两个函数,也叫互为反函数。详见教材135页。