239 지수법칙 (2) 🌍: 지수가 정수일 때도 마법은 계속된다!
⭐ 핵심만정리
지수가 0이거나 음의 정수까지 확장되어도, 우리가 알던 지수법칙은 여전히 통해요! (단, 밑 a, b ≠ 0이고, m, n은 정수예요!) 🛡️
- 곱셈: am × an = am+n
- 나눗셈: am ÷ an = am-n (이제 나눗셈도 이 하나로 통일!)
- 거듭제곱의 거듭제곱: (am)n = amn
- 곱의 거듭제곱: (ab)n = anbn
- 몫(분수)의 거듭제곱: (ab)n = anbn
이제 지수가 정수 범위로 넓어졌으니, 지수법칙을 더욱 강력하게 사용할 수 있게 되었어요! 💪
📚 개념정리
안녕, 지수 마법사 친구들! 🪄 지난 시간에 지수가 0이거나 음의 정수일 때를 새롭게 정의했었죠? (a0 = 1, a-n = 1/an). 이렇게 지수의 세계가 정수까지 넓어졌는데, 과연 우리가 이전에 배웠던 지수법칙들이 이 새로운 세계에서도 잘 통할까요? 정답은 “네, 그렇습니다!” 예요! 😄 오늘은 지수가 정수일 때도 지수법칙이 여전히 성립하는지 함께 확인해 볼게요.
기존에 지수가 양의 정수일 때 성립했던 지수법칙들이, 지수가 0 또는 음의 정수까지 확장되어도 똑같이 적용된답니다. 단, 밑이 0이 되는 경우는 제외해야 하니, a ≠ 0, b ≠ 0 이고 m, n이 정수일 때 다음 지수법칙들이 성립해요.
지수가 정수일 때의 지수법칙들! 📜
- 곱셈: am × an = am+n
밑이 같은 거듭제곱의 곱은 지수끼리 더해요. m, n이 양의 정수일 때는 당연히 성립했죠? 만약 m, n 중 하나가 0이거나 음수여도, 또는 둘 다 음수여도 이 법칙은 여전히 성립한답니다!
예를 들어, m = -p, n = -q (p, q는 양의 정수)라고 하면,
a-p × a-q = (1/ap) × (1/aq) = 1/ap+q = a-(p+q) = a(-p)+(-q) = am+n. 정말 성립하죠? - 나눗셈: am ÷ an = am-n
밑이 같은 거듭제곱의 나눗셈은 지수끼리 빼요. 예전에는 m, n의 크기에 따라 세 가지 경우로 나누었지만, 이제 지수가 정수로 확장되면서 이 하나의 식으로 통일된답니다!
예) a2 ÷ a5 = a2-5 = a-3 = 1/a3 (예전 방식: 1/a5-2 = 1/a3과 같죠?)
예) a3 ÷ a3 = a3-3 = a0 = 1 (예전 방식: 1과 같죠?) - 거듭제곱의 거듭제곱: (am)n = amn
지수끼리 곱하는 이 법칙도 정수 지수에서 그대로 성립해요. - 곱의 거듭제곱: (ab)n = anbn
각각 거듭제곱해서 곱하는 이 법칙도 마찬가지예요. - 몫(분수)의 거듭제곱: (ab)n = anbn
분자, 분모 각각 거듭제곱하는 이 법칙도 정수 지수에서 잘 적용된답니다.
이렇게 지수의 범위를 정수로 확장해도 기존의 지수법칙들이 그대로 유지되기 때문에, 우리는 더욱 다양한 상황에서 지수법칙을 편리하게 사용할 수 있게 되었어요! 🎉
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✅ 개념확인
✏️ 문제: 다음 식을 간단히 하시오. (단, a ≠ 0, b ≠ 0)
(1) 24 × 2-2 ÷ 23
(2) (3-1)-2 ÷ 34
(3) (a3b2)-1 × (a-1b)3
(숫자 및 지수 변경: (1) 3⁵×3⁻³÷3⁴ (2) (2⁻²)⁻³÷2³ (3) (a²b³)⁻²×(ab⁻¹)²)💡 풀이:
지수가 정수일 때의 지수법칙을 이용해서 계산해 봅시다!
(1) 24 × 2-2 ÷ 23
밑이 모두 2로 같으므로 지수끼리 계산하면 돼요.
= 24 + (-2) – 3 = 24 – 2 – 3 = 2-1
a-n = 1/an 이므로, 2-1 = 121 = 12 입니다.
(2) (3-1)-2 ÷ 34
먼저 (3-1)-2를 계산해요. 지수끼리 곱하면 3(-1)×(-2) = 32.
이제 식은 32 ÷ 34 이 됩니다.
밑이 같으므로 지수끼리 빼면 32-4 = 3-2.
3-2 = 132 = 19 입니다.
(3) (a3b2)-1 × (a-1b)3
각 괄호 안의 거듭제곱을 먼저 계산해요.
(a3b2)-1 = (a3)-1(b2)-1 = a3×(-1)b2×(-1) = a-3b-2
(a-1b)3 = (a-1)3b3 = a(-1)×3b3 = a-3b3
이제 두 식을 곱하면:
a-3b-2 × a-3b3
밑이 같은 것끼리 지수를 더해요.
= a-3+(-3)b-2+3 = a-6b1 = a-6b
이것을 분수 형태로 나타내면 ba6 입니다. 😄
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💡 참고
지수의 범위를 정수까지 확장할 때, 지수법칙을 적용하려면 밑이 0이 아니라는 조건 (a ≠ 0, b ≠ 0)이 필요하다는 것을 꼭 기억해주세요! 🤔
왜냐하면 음수 지수의 정의 a-n = 1/an에서 분모에 an이 들어가기 때문이에요. 만약 a=0이라면 분모가 0이 되어버려서 정의할 수 없게 된답니다. 그래서 이 조건이 항상 따라다니는 거예요.
이렇게 지수가 정수로 확장되면서 지수법칙, 특히 나눗셈 법칙이 아주 깔끔하게 하나로 통일되었죠? 앞으로 지수가 유리수, 실수로 더 확장될 텐데, 그때도 이 정수 지수에서의 법칙들이 기본이 된답니다! 수학의 세계는 이렇게 차근차근 확장해 나가는 재미가 있어요! 🥳