241 지수법칙 (3): 유리수 지수도 문제없어!

241 지수법칙 (3): 유리수 지수도 문제없어!

241 지수법칙 (3) 🌍: 유리수 지수도 문제없어!

⭐ 핵심만정리

지수가 유리수(분수)로 확장되어도 지수법칙은 여전히 유효해요! (단, 밑 a, b > 0이고, p, q는 유리수예요!) 💯

  • 곱셈: ap × aq = ap+q
  • 나눗셈: ap ÷ aq = ap-q
  • 거듭제곱의 거듭제곱: (ap)q = apq
  • 곱의 거듭제곱: (ab)p = apbp
  • 몫(분수)의 거듭제곱: (ab)p = apbp

밑이 양수라는 조건만 잘 지켜주면, 정수 지수에서 사용했던 지수법칙들을 그대로 사용할 수 있어서 정말 편리하답니다! 👍


📚 개념정리

안녕, 지수 법칙 마스터를 향해 나아가는 친구들! 🌠 지난 시간에는 지수가 0 또는 음의 정수인 경우와 유리수인 경우를 새롭게 정의했었죠? 오늘은 이렇게 확장된 유리수 지수에서도 우리가 알고 있던 지수법칙들이 여전히 멋지게 작동하는지 확인해 볼 거예요! 결론부터 말하면, 밑이 양수(a > 0, b > 0)이기만 하다면, 지수가 유리수(p, q)일 때도 기존의 지수법칙을 그대로 사용할 수 있답니다! 정말 편리하죠? 😄

유리수 지수에서도 통하는 지수법칙들! 📜

a, b가 0보다 크고, 지수 p, q가 유리수일 때 성립하는 지수법칙들은 다음과 같아요.

  1. 곱셈: ap × aq = ap+q
    밑이 같은 거듭제곱의 곱은 지수끼리 더해요. 지수가 분수여도 이 법칙은 변하지 않아요!
    예를 들어, ap = am/n, aq = ar/s (m,n,r,s는 정수, n≥2, s≥2)라고 하면, 거듭제곱근의 성질을 이용해서 nam × sar를 계산하고 정리하면 결국 a(ms+nr)/ns = am/n + r/s = ap+q가 된답니다!
  2. 나눗셈: ap ÷ aq = ap-q
    밑이 같은 거듭제곱의 나눗셈은 지수끼리 빼요. 이것도 유리수 지수에서 그대로 적용돼요.
  3. 거듭제곱의 거듭제곱: (ap)q = apq
    지수끼리 곱하는 이 법칙도 문제없이 성립해요.
  4. 곱의 거듭제곱: (ab)p = apbp
    각각 거듭제곱해서 곱하는 이 법칙도 마찬가지예요.
  5. 몫(분수)의 거듭제곱: (ab)p = apbp
    분자, 분모 각각 거듭제곱하는 이 법칙도 유리수 지수에서 잘 적용된답니다.

이렇게 지수의 범위가 유리수까지 확장되어도 우리가 알고 있던 지수법칙의 기본 틀은 변하지 않아요. 다만, 밑이 양수(>0)여야 한다는 조건이 추가되었다는 점을 꼭 기억해주세요! 이 조건 덕분에 지수법칙이 모순 없이 일관되게 성립할 수 있답니다.

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✅ 개념확인

✏️ 문제: 다음 식의 값을 구하시오.

(1) 6250.25

(2) √5 × 52/3 ÷ 65

(3) (34 × √2)6

(숫자 변경: (1) 256⁰.²⁵ (2) √3 × 3²/³ ÷ ⁶√3 (3) (³√2√3)⁶ )

💡 풀이:

지수가 유리수일 때의 지수법칙을 이용해서 계산해 봅시다!

(1) 6250.25

0.25 = 1/4 이고, 625 = 54 이므로,

6250.25 = (54)1/4

지수법칙 (ap)q = apq를 이용하면,

= 54 × (1/4) = 51 = 5 입니다.

(2) √5 × 52/3 ÷ 65

먼저 모든 항을 유리수 지수 형태로 바꿔볼게요.

√5 = 51/2

65 = 51/6

이제 식은 51/2 × 52/3 ÷ 51/6 이 됩니다.

밑이 모두 5로 같으므로 지수끼리 계산하면 돼요.

= 5(1/2) + (2/3) – (1/6)

지수를 통분해서 계산하면: 1/2 + 2/3 – 1/6 = 3/6 + 4/6 – 1/6 = (3+4-1)/6 = 6/6 = 1.

따라서 51 = 5 입니다.

(3) (34 × √2)6

괄호 안의 항들을 유리수 지수로 바꿔볼게요.

34 = 322 = 22/3

√2 = 21/2

이제 괄호 안은 (22/3 × 21/2) 가 됩니다. 밑이 같으므로 지수를 더하면:

2/3 + 1/2 = 4/6 + 3/6 = 7/6. 즉, 27/6.

이제 전체 식은 (27/6)6 이 됩니다.

지수법칙 (ap)q = apq를 이용하면,

= 2(7/6) × 6 = 27 = 128 입니다. 😄

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💡 참고

지수가 유리수로 확장될 때 밑이 양수(>0)여야 한다는 조건이 왜 그렇게 중요할까요? 🤔

만약 밑이 음수일 때 유리수 지수를 함부로 사용하면 지수법칙이 성립하지 않는 경우가 생길 수 있어요! 예를 들어, ((-2)2)1/2을 생각해 볼까요?

  • 괄호 안부터 계산하면: ((-2)2)1/2 = (4)1/2 = √4 = 2
  • 지수법칙 (ap)q = apq를 먼저 적용하면: (-2)2 × (1/2) = (-2)1 = -2

어라? 2-2는 다른 값이네요! 이렇게 밑이 음수일 때는 지수법칙이 항상 성립한다고 말할 수 없어요. 그래서 지수를 유리수나 그 이후 실수까지 확장할 때는 밑이 양수인 경우로 제한해서 생각하는 것이랍니다. 그래야 우리가 배운 지수법칙들이 모순 없이 아름답게 적용될 수 있거든요! 😉


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