4.1指数导学案-2026-2027学年高一上学期数学人教A版必修第一册

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4.1指数导学案 4.1.1 n次方根与分数指数幂 [学习目标] 1.理解n次方根、根式的概念.2.能正确运用根式的运算性质化简、求值.3.会对分式和分数指数幂进行转化.4.掌握并运用有理数指数幂的运算性质化简、求值. 一、n次方根 问题1 如果x2=a,那么x叫做a的什么?这样的x有几个?x3=a呢? 问题2 类比平方根、立方根的概念,试着说说4次方根、5次方根、10次方根等,你认为n次方根应该是什么? 知识梳理 1.n次方根的定义 一般地,如果xn=a,那么x叫做a的________________,其中n>1,且n∈N*. 2.n次方根的性质 n为奇数 n为偶数 a∈R a>0 a=0 a<0 x=______ x=________ x=0 不存在 3.根式 式子叫做________,这里n叫做____________,a叫做________________. 4.根式的性质 (1)________没有偶次方根. (2)0的任何次方根都是0,记作=________. (3)当n为奇数时,()n=________(n∈N*,且n>1). (4)当n为偶数时,=|a|=(n∈N*,且n>1). 例1 (1)化简下列各式: ①+()5; ②+()6; ③. (2)已知-3<x<3,求-的值. 延伸探究 在本例(2)中,若将“-3<x<3”变为“x≤-3”,则结果又是什么? 反思感悟 正确区分与()n (1)中的a可以是全体实数,的值取决于n的奇偶性. (2)()n已暗含了有意义,根据n的奇偶性可知a的范围. 跟踪训练1 化简下列各式: (1); (2)+; (3)(a≤1); (4)+. 二、分数指数幂 问题3 被开方数的指数不能被根指数整除的根式,比如,,,,a>0,是否也可以表示为分数指数幂的形式?如何表示? 知识梳理 根式与分数指数幂的互化 (1)规定正数的正分数指数幂的意义是:=(a>0,m,n∈N*,且n>1); (2)规定正数的负分数指数幂的意义是:= (a>0,m,n∈N*,且n>1); (3)0的正分数指数幂等于________,0的负分数指数幂________________. (4)整数指数幂的运算性质,可以推广到有理数指数幂,即: ①aras=ar+s(a>0,r,s∈Q); ②(ar)s=ars(a>0,r,s∈Q); ③(ab)r=arbr(a>0,b>0,r∈Q). 拓展:①=ar-s(a>0,r,s∈Q). ②r=(a>0,b>0,r∈Q). 例2 将下列根式化成分数指数幂的形式: (1)(a>0);(2); (3)(b>0). 反思感悟 根式与分数指数幂互化的规律 (1)根指数分数指数的分母,被开方数(式)的指数分数指数的分子. (2)在具体计算时,通常会把根式转化成分数指数幂的形式,然后利用有理数指数幂的运算性质解题. 跟踪训练2 (1)求值:=________. (2)用分数指数幂表示a·(a>0)=________. 三、有理数指数幂的运算性质 例3 (1)=________.(式中字母均是正数) (2)计算:. 反思感悟 关于指数式的化简、求值问题 (1)无论是化简还是求值,一般的运算顺序是先乘方,再乘除,最后加减. (2)仔细观察式子的结构特征,确定运算层次,避免运用运算性质时出错. 跟踪训练3 (1); (2)(x,y>0). 1.知识清单: (1)n次方根的概念、表示及性质. (2)根式的概念及性质. (3)分数指数幂与根式的相互转化. (4)分数指数幂的运算性质. 2.方法归纳:转化法. 3.常见误区: (1)对于,当n为偶数时,忽略a≥0. (2)混淆()n和. 1.()4运算的结果是(  ) A.2 B.-2 C.±2 D.不确定 2.若a<,则化简的结果是(  ) A.4a-1 B.1-4a C.- D.- 3.(多选)下列根式与分数指数幂的互化中,正确的是(  ) A.-=(x>0) B.=-(x>0) C.=(xy>0) D.= 4.计算:0.25×-4-4÷20-=______. 4.1.2 无理数指数幂及其运算性质 [学习目标] 1.能结合教材探究了解无理数指数幂.2.结合有理数指数幂的运算性质掌握实数指数幂的运算性质. 一、无理数指数幂的运算 问题 阅读课本108页的探究,你发现了什么? 知识梳理 1.无理数指数幂:一般地,无理数指数幂aα(a>0,α为无理数)是一个确定的________. 2.实数指数幂的运算法则 (1)aras=ar+s(a>0,r,s∈R). (2)(ar)s=ars(a>0,r,s∈R). (3)(ab)r=arbr(a>0,b>0,r∈R). (4)拓展:=ar-s(a>0,r,s∈R). 例1 计算下列各式的值: (1); (2); (3). 反思感悟 关于无理数指数幂的运算 (1)无理数指数幂的运算性质与有理数指数幂的运算性质相同. (2)若式子中含有根式,一般把底数中的根式化为指数式,指数中的根式可以保留直接运算. 跟踪训练1 计算下列各式的值(式中字母均是正数): (1);(2). 二、实际问题中的指数运算 例2 从盛满2升纯酒精的容器里倒出1升,然后加满水,再倒出1升混合溶液后又用水填满,以此继续下去,则至少应倒________次后才能使纯酒精体积与总溶液的体积之比低于10%. 反思感悟 指数运算在实际问题中的应用 在成倍数递增(递减)、固定增长率等问题中,常常用到指数运算,用来计算增减的次数、增减前后的数量等. 跟踪训练2 如果在某种细菌培养过程中,细菌每10分钟分裂一次(1个分裂成2个),那么经过1小时,一个这种细菌可以分裂成______个. 三、实数指数幂的综合运用 例3 已知x+x-1=7,求值: (1)x2+x-2;(2);(3)x2-x-2. 延伸探究 本例(2)的条件不变,求x3+x-3的值. 反思感悟 利用整体代换法求分数指数幂 (1)整体代换法是数学变形与计算常用的技巧方法,分析观察条件与结论的结构特点,灵活运用恒等式是关键. (2)利用整体代换法解决分数指数幂的计算问题,常常运用完全平方公式及其变形公式. 常见的变形公式: x2+x-2=(x±x-1)2 ∓2,x+x-1=,=. 跟踪训练3 已知,则x2+x-2=________. 1.知识清单: (1)无理数指数幂的运算. (2)实际问题中的指数运算. (3)实数指数幂的综合运用. 2.方法归纳:整体代换法. 3.常见误区:在运用分数指数幂的运算性质化简时,其结果不能同时含有根式和分数指数,也不能既含有分母又含有负指数. 1.计算的结果是(  ) A.π B. C.-π D. 2.将化为分数指数幂为(  ) A. B. C. D. 3.已知(x>0),那么等于(  ) A. B.- C.± D.7 4.若10x=3,10y=4,则102x-y=________. 学科网(北京)股份有限公司 $ 4.1指数导学案 4.1.1 n次方根与分数指数幂 [学习目标] 1.理解n次方根、根式的概念.2.能正确运用根式的运算性质化简、求值.(重点) 3.会对分式和分数指数幂进行转化.(重点)4.掌握并运用有理数指数幂的运算性质化简、求值.(难点) 导语 公元前五世纪,古希腊有一个数学学派名叫毕达哥拉斯学派,其学派中的一个成员希伯斯考虑了一个问题:边长为1的正方形其对角线长度是多少呢?他发现这一长度既不能用整数,也不能用分数来表示,希伯斯的发现导致了数学史上第一个无理数的诞生.这就是本节课我们要学习的根式. 一、n次方根 问题1 如果x2=a,那么x叫做a的什么?这样的x有几个?x3=a呢? 提示 如果x2=a,那么x叫做a的平方根,这样的x有两个;如果x3=a,那么x叫做a的立方根,这样的x有一个. 问题2 类比平方根、立方根的概念,试着说说4次方根、5次方根、10次方根等,你认为n次方根应该是什么? 提示 比如(±2)4=16,我们把±2叫做16的4次方根;(±3)4=81,我们把±3叫做81的4次方根;(-2)5=-32,我们把-2叫做-32的5次方根;(±2)10=1 024,我们把±2叫做1 024的10次方根等.类比上述过程,我们可以得到:如果2n=a,那么我们把2叫做a的n次方根. 知识梳理 1.n次方根的定义 一般地,如果xn=a,那么x叫做a的n次方根,其中n>1,且n∈N*. 2.n次方根的性质 n为奇数 n为偶数 a∈R a>0 a=0 a<0 x= x=± x=0 不存在 3.根式 式子叫做根式,这里n叫做根指数,a叫做被开方数. 4.根式的性质 (1)负数没有偶次方根. (2)0的任何次方根都是0,记作=0. (3)当n为奇数时,()n=a(n∈N*,且n>1). (4)当n为偶数时,=|a|=(n∈N*,且n>1). 注意点: (1)对于()n=a,若n为奇数,则a∈R;若n为偶数,则a≥0. (2)()n与意义不同,比如=-3,=3,而()4没有意义,故()n≠. (3)当a≥0时,()n=;当a<0且n为奇数时,()n=;当a<0且n为偶数时,对于要注意运算次序. 例1 (1)化简下列各式: ①+()5; ②+()6; ③. 解 ①原式=(-2)+(-2)=-4. ②原式=|-2|+2=2+2=4. ③原式=|x+2|= (2)已知-3<x<3,求-的值. 解 原式=-=|x-1|-|x+3|, ∵-3<x<3, ∴当-3<x<1时, 原式=-(x-1)-(x+3)=-2x-2; 当1≤x<3时,原式=(x-1)-(x+3)=-4. ∴原式= 延伸探究 在本例(2)中,若将“-3<x<3”变为“x≤-3”,则结果又是什么? 解 原式=-=|x-1|-|x+3|. ∵x≤-3, ∴x-1<0,x+3≤0, ∴原式=-(x-1)+(x+3)=4. 反思感悟 正确区分与()n (1)中的a可以是全体实数,的值取决于n的奇偶性. (2)()n已暗含了有意义,根据n的奇偶性可知a的范围. 跟踪训练1 化简下列各式: (1); (2)+; (3)(a≤1); (4)+. 解 (1)=-2. (2)+=|π-4|+π-4=4-π+π-4=0. (3)∵a≤1, ∴=|3a-3|=3|a-1|=3-3a. (4)+=a+|1-a|= 二、分数指数幂 问题3 被开方数的指数不能被根指数整除的根式,比如,,,,a>0,是否也可以表示为分数指数幂的形式?如何表示? 提示 可以.=,==,=,==. 知识梳理 根式与分数指数幂的互化 (1)规定正数的正分数指数幂的意义是:= (a>0,m,n∈N*,且n>1); (2)规定正数的负分数指数幂的意义是:= (a>0,m,n∈N*,且n>1); (3)0的正分数指数幂等于0,0的负分数指数幂没有意义. (4)整数指数幂的运算性质,可以推广到有理数指数幂,即: ①aras=ar+s(a>0,r,s∈Q); ②(ar)s=ars(a>0,r,s∈Q); ③(ab)r=arbr(a>0,b>0,r∈Q). 拓展:①=ar-s(a>0,r,s∈Q). ②r=(a>0,b>0,r∈Q). 注意点: (1)分数指数幂不可理解为个a相乘,它是根式的一种写法. (2)正数的负分数指数幂总表示正数,而不是负数. 例2 将下列根式化成分数指数幂的形式: (1)(a>0); (2); (3)(b>0). 解 (1)原式= (2)原式= (3)原式= 反思感悟 根式与分数指数幂互化的规律 (1)根指数分数指数的分母,被开方数(式)的指数分数指数的分子. (2)在具体计算时,通常会把根式转化成分数指数幂的形式,然后利用有理数指数幂的运算性质解题. 跟踪训练2 (1)求值:=________. (2)用分数指数幂表示a·(a>0)=________. 答案 (1)- (2) 解析 (1)原式==-. (2)原式= 三、有理数指数幂的运算性质 例3 (1)=________.(式中字母均是正数) 答案  解析 原式= =a-1=. (2)计算:. 解 原式=--1+2=2. 反思感悟 关于指数式的化简、求值问题 (1)无论是化简还是求值,一般的运算顺序是先乘方,再乘除,最后加减. (2)仔细观察式子的结构特征,确定运算层次,避免运用运算性质时出错. 跟踪训练3 (1); (2)(x,y>0). 解 (1)原式==-1-+=. (2)原式==x2y. 1.知识清单: (1)n次方根的概念、表示及性质. (2)根式的概念及性质. (3)分数指数幂与根式的相互转化. (4)分数指数幂的运算性质. 2.方法归纳:转化法. 3.常见误区: (1)对于,当n为偶数时,忽略a≥0. (2)混淆()n和. 1.()4运算的结果是(  ) A.2 B.-2 C.±2 D.不确定 答案 A 解析 ()4=2. 2.若a<,则化简的结果是(  ) A.4a-1 B.1-4a C.- D.- 答案 B 解析 ∵a<, ∴4a-1<0, ∴=|4a-1|=-(4a-1)=1-4a. 3.(多选)下列根式与分数指数幂的互化中,正确的是(  ) A.-=(x>0) B.=-(x>0) C.=(xy>0) D.= 答案 AC 解析 -=,故A正确; =,故B错误; = (xy>0),故C正确; =,故D错误. 4.计算:0.25×-4-4÷20-=______. 答案 -4 解析 原式=×16-4÷1--1 =4-4-4=-4. 1.若a是实数,则下列式子中可能没有意义的是(  ) A. B. C. D. 答案 D 解析 当a<0时,a的偶次方根无意义. 2.若+(a-4)0有意义,则a的取值范围是(  ) A.[2,+∞) B.[2,4)∪(4,+∞) C.(-∞,2)∪(2,+∞) D.(-∞,4)∪(4,+∞) 答案 B 解析 由题意可知∴a≥2且a≠4. 3.下列等式一定成立的是(  ) A. B. C.(a3)2=a9 D. 答案 D 解析 同底数幂相乘,指数相加,故A,B错误;因为(am)n=amn,3×2=6,故C错误;同底数幂相除,指数相减,故D正确. 4.化简(其中a>0,b>0)的结果是(  ) A. B.- C. D.- 答案 C 解析 ==4=. 5.若a>0,将表示成分数指数幂,其结果是(  ) A. B. C. D. 答案 C 解析 由题意得=. 6.(多选)下列根式与分数指数幂的互化正确的是(  ) A.-= B.=(y>0) C.=(x>0) D.(x>0) 答案 BCD 解析 A项错误,-=(x≥0),而=(x≤0); B项正确,=(y>0); C项正确,= (x>0); D项正确,(x>0). 7.当x<0时,x++=________. 答案 1 解析 原式=x+|x|+=x-x+1=1. 8.已知3a+2b+1=0,则=________. 答案  解析 = ∵3a+2b+1=0, ∴+b-1=--1=-, ∴==. 9.化简下列各式: (1)+; (2)+(x≥1). 解 (1)+=|-3|+|-2|=3-+-2=1. (2)当1≤x<3时, +=|1-x|+|3-x|=x-1+3-x=2; 当x≥3时, +=|1-x|+|3-x|=x-1+x-3=2x-4. 所以原式= 10.(1)化简:(a>0,b>0); (2)求值:. 解 (1) . (2) =1+×- =1+- =. 11.已知x,y∈R,下列等式恒成立的是(  ) A.(-)6=x-y B.=x2+y2 C.-=x-y D.=x+y 答案 B 解析 A项显然不成立; B项,∵x2+y2≥0, ∴=|x2+y2|=x2+y2,故B项恒成立; C项,-=|x|-|y|=x-y不一定成立,故C项不恒成立; D项,=|x+y|=x+y不一定成立,故D项不恒成立. 12.若有意义,则x的取值范围是(  ) A.R B.∪ C. D. 答案 D 解析 将分数指数幂化为根式,可知需满足1-2x>0, 解得x<. 13.化简·的结果为(  ) A. B. C. D. 答案 B 解析 原式=. 14.如果45x=3,45y=5,那么2x+y=________. 答案 1 解析 由45x=3,得(45x)2=9.又45y=5,则452x×45y=9×5=45=451,即452x+y=451,∴2x+y=1. 15.化简:(+)2 023(-)2 023=________. 答案 1 解析 原式=[(+)(-)]2 023=12 023=1. 16.若a,b,c为正实数,ax=by=cz,++=0,求abc. 解 设ax=by=cz=k, 则k>0,a=,b=,c=, 因此abc==k0=1. 4.1.2 无理数指数幂及其运算性质 [学习目标] 1.能结合教材探究了解无理数指数幂.2.结合有理数指数幂的运算性质掌握实数指数幂的运算性质.(重难点) 一、无理数指数幂的运算 问题 阅读课本108页的探究,你发现了什么? 提示 可以发现,当指数x的取值范围从整数拓展到无理数时,它是一个确定的实数,在数轴上有唯一的一个点与它对应. 知识梳理 1.无理数指数幂:一般地,无理数指数幂aα(a>0,α为无理数)是一个确定的实数. 2.实数指数幂的运算法则 (1)aras=ar+s(a>0,r,s∈R). (2)(ar)s=ars(a>0,r,s∈R). (3)(ab)r=arbr(a>0,b>0,r∈R). (4)拓展:=ar-s(a>0,r,s∈R). 注意点: 特别强调底数a>0. 例1 计算下列各式的值: (1); (2); (3). 解 (1)原式==25=32. (2)原式= ==23×3=24. (3)原式==. 反思感悟 关于无理数指数幂的运算 (1)无理数指数幂的运算性质与有理数指数幂的运算性质相同. (2)若式子中含有根式,一般把底数中的根式化为指数式,指数中的根式可以保留直接运算. 跟踪训练1 计算下列各式的值(式中字母均是正数): (1);(2). 解 (1)原式==26·m3=64m3. (2)原式==a0=1. 二、实际问题中的指数运算 例2 从盛满2升纯酒精的容器里倒出1升,然后加满水,再倒出1升混合溶液后又用水填满,以此继续下去,则至少应倒_______次后才能使纯酒精体积与总溶液的体积之比低于10%. 答案 4 解析 由题意,得第n次操作后溶液的浓度为n,令n<,验证可得n≥4. 所以至少应倒4次后才能使酒精的浓度低于10%. 反思感悟 指数运算在实际问题中的应用 在成倍数递增(递减)、固定增长率等问题中,常常用到指数运算,用来计算增减的次数、增减前后的数量等. 跟踪训练2 如果在某种细菌培养过程中,细菌每10分钟分裂一次(1个分裂成2个),那么经过1小时,一个这种细菌可以分裂成______个. 答案 64 解析 经过1小时可分裂6次,可分裂成26=64(个). 三、实数指数幂的综合运用 例3 已知x+x-1=7,求值: (1)x2+x-2; (2); (3)x2-x-2. 解 (1)x+x-1=7,两边平方得x2+2+x-2=49, ∴x2+x-2=47. (2)设m=,两边平方得m2=x+x-1+2=7+2=9, 因为m>0,所以m=3,即=3. (3)设n=,两边平方得n2=x+x-1-2=7-2=5, 因为n∈R,所以n=±, 即=±. 所以x-x-1==±3, x2-x-2=(x+x-1)(x-x-1)=±21. 延伸探究 本例的条件不变,求x3+x-3的值. 解 由x+x-1=7平方可得x2+x-2=47, 所以x3+x-3=(x+x-1)(x2+x-2-1)=7×46=322. 反思感悟 利用整体代换法求分数指数幂 (1)整体代换法是数学变形与计算常用的技巧方法,分析观察条件与结论的结构特点,灵活运用恒等式是关键. (2)利用整体代换法解决分数指数幂的计算问题,常常运用完全平方公式及其变形公式. 常见的变形公式: x2+x-2=(x±x-1)2∓2,x+x-1=,=. 跟踪训练3 已知,则x2+x-2=________. 答案 7 解析 将,两边平方得x+x-1+2=5, 则x+x-1=3, 两边再平方得x2+x-2+2=9, 所以x2+x-2=7. 1.知识清单: (1)无理数指数幂的运算. (2)实际问题中的指数运算. (3)实数指数幂的综合运用. 2.方法归纳:整体代换法. 3.常见误区:在运用分数指数幂的运算性质化简时,其结果不能同时含有根式和分数指数,也不能既含有分母又含有负指数. 1.计算的结果是(  ) A.π B. C.-π D. 答案 D 2.将化为分数指数幂为(  ) A. B. C. D. 答案 D 3.已知(x>0),那么等于(  ) A. B.- C.± D.7 答案 A 解析 . 又x>0,故. 4.若10x=3,10y=4,则102x-y=________. 答案  解析 ∵10x=3,∴102x=9,∴102x-y==. 1.对于a>0,b>0,以下运算正确的是(  ) A.ar·as=ars B.(ar)s=ars C.r=arbr D.arbs=(ab)r+s 答案 B 解析 根据实数指数幂的运算性质进行判断. 2.已知集合A={0,1,2,},B={x|x=2n,n∈A},则A∩B等于(  ) A.{0,1,2} B.{0,1,} C.{2,4} D.{1,2} 答案 D 解析 由题意得B={1,2,4,},又A={0,1,2,}, ∴A∩B={1,2}. 3.下列运算中正确的是(  ) A. B.(-a2)3=(-a3)2 C.(-2)0=1 D. 答案 D 解析 ,故A错误;(-a2)3=-a2×3=-a6,(-a3)2=a6,故B错误;当a=4时,(-2)0无意义,故C错误;,故D正确. 4.一张报纸,其厚度为0.1毫米,现将报纸对折(即沿对边中点连线折叠)10次,这时,报纸的厚度为(  ) A.2.56厘米 B.5.12厘米 C.10.24厘米 D.20.48厘米 答案 C 解析 0.01×210=10.24(厘米). 5.若3a·9b=,则下列等式正确的是(  ) A.a+b=-1 B.a+b=1 C.a+2b=-1 D.a+2b=1 答案 C 解析 ∵3a·9b=3a·32b=3a+2b==3-1, ∴a+2b=-1. 6.(多选)已知a2+a-2=3,则a+a-1等于(  ) A. B.- C.1 D.-1 答案 AB 解析 (a+a-1)2=a2+a-2+2=5, ∴a+a-1=±. 7.计算:=________. 答案 7 解析 原式=2+4+1=7. 8.化简=________. 答案 1 解析 原式=. 9.已知x+x-1=3(x>0),求的值. 解 因为x+x-1=3,所以x2+x-2=7, 所以=x3+x-3+2=(x+x-1)(x2+x-2-1)+2=3×6+2=20,所以. 10.已知a2x=3,求的值. 解 原式==a2x-1+a-2x=3-1+=. 11.在算式2中+2国+2精+2神=29中,“中、国、精、神”分别代表四个不同的数字,且依次从大到小,则“国”字所对应的数字为(  ) A.4 B.3 C.2 D.1 答案 B 解析 由29=16+8+4+1=24+23+22+20,可得“国”字所对应的数字为3. 12.方程的解是(  ) A.x=- B.x=- C.x= D.x= 答案 B 解析 ∵=3-2,∴x-1=-2, ∴x=-.∴方程的解是x=-. 13.若x+=4,则等于(  ) A.10 B.15 C. D. 答案 C 解析 ∵x+=4, ∴x2+2+=16, ∴x2+=14, ∴==. 14.已知2a=5b=m,且+=2,则m等于(  ) A. B.10 C.20 D.100 答案 A 解析 由题意得m>0, ∵2a=m,5b=m, ∴2=,5=, ∵2×5=, ∴m2=10,∴m=. 15.已知a,b是方程x2-6x+4=0的两根,且a>b>0,则=________. 答案  解析 ∵a,b是方程x2-6x+4=0的两根, ∴a+b=6,且ab=4. ∴2===. ∵a>b>0,∴>>0, ∴+>0,->0, ∴==. 16.若a=3,求的值. 解  = = = =+===-1. 学科网(北京)股份有限公司 $

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