پرش به محتوای اصلی

توان های گویا و عبارت های جبری (هنر)

بخشی از بانک سؤال طبقه‌بندی‌شده‌ی این مبحث در کوئیز سنتر — رایگان و بدون نیاز به ثبت‌نام

خلاصه‌ی درسنامه

این خلاصه‌ی 30 درصدی درسنامه اصلی است. متن کامل با همه‌ی نکته‌ها، مثال‌های حل‌شده و جمع‌بندی، با ثبت‌نام رایگان در دسترست قرار می‌گیرد.

توان های گویا و عبارت های جبری (هنر)

وقتی می‌خواهیم «نصفِ یک بزرگ‌نمایی» را بنویسیم

کاغذِ A4 را که از وسط تا کنید، A5 می‌شود و نسبتِ ضلع‌ها عوض نمی‌شود؛ رازش عددِ 2\sqrt{2} است. در موسیقی هم فاصلهٔ هر نیم‌پرده ضربِ بسامد در 21/122^{1/12} است. هر جا بخواهیم یک بزرگ‌نمایی را به قدم‌های مساوی بشکنیم، به توانِ گویا می‌رسیم.

منطقش ساده است: می‌خواهیم قاعدهٔ ضربِ توان‌ها سرِ جایش بماند، پس

a12×a12=a12+12=aa^{\frac12} \times a^{\frac12} = a^{\frac12 + \frac12} = a

یعنی a1/2a^{1/2} همان عددی است که در خودش ضرب شود aa بدهد. به‌طورِ کلی برای a>0a>0:

a1n=anamn=amn=(an)m\boxed{a^{\frac{1}{n}} = \sqrt[n]{a}} \qquad\qquad \boxed{a^{\frac{m}{n}} = \sqrt[n]{a^m} = \left(\sqrt[n]{a}\right)^m}
amn=1amna^{-\frac{m}{n}} = \frac{1}{a^{\frac{m}{n}}}

چند نمونهٔ کوتاه: 82/3=(83)2=48^{2/3} = (\sqrt[3]{8})^2 = 4، 163/4=23=816^{3/4} = 2^3 = 8، 1252/3=152=125125^{-2/3} = \frac{1}{5^2} = \frac{1}{25}.

همهٔ قوانینِ آشنایِ توان برای نماهایِ گویا هم برقرارند (با a,b>0a,b>0):

aras=ar+s,aras=ars,(ar)s=ars,(ab)r=arbra^r a^s = a^{r+s}, \qquad \frac{a^r}{a^s} = a^{r-s}, \qquad (a^r)^s = a^{rs}, \qquad (ab)^r = a^r b^r

ریشهٔ nnام: کِی هست، چندتاست

bb ریشهٔ nnامِ aa است هرگاه bn=ab^n = a. جدولِ وجود و تعداد را همیشه یادتان باشد:

شرط تعداد ریشهٔ حقیقی نمونه
a>0a>0 و nn زوج دو تا: ±an\pm\sqrt[n]{a} 164=±2\sqrt[4]{16} = \pm 2
a>0a>0 و nn فرد یکی، مثبت 83=2\sqrt[3]{8} = 2
a<0a<0 و nn زوج هیچ 164\sqrt[4]{-16} تعریف نشده
a<0a<0 و nn فرد یکی، منفی 83=2\sqrt[3]{-8} = -2

قرارداد نماد: وقتی an\sqrt[n]{a} با nn زوج می‌نویسیم، منظورمان فقط ریشهٔ نامنفی است؛ 6254=5\sqrt[4]{625} = 5، و اگر هر دو را بخواهیم صریحاً ±\pm می‌گذاریم.

قوانینِ کار با ریشه (برای nn زوج شرطِ نامنفی‌بودن لازم است):

anbn=abn,anbn=abn,anm=amn\sqrt[n]{a}\,\sqrt[n]{b} = \sqrt[n]{ab}, \qquad \frac{\sqrt[n]{a}}{\sqrt[n]{b}} = \sqrt[n]{\frac{a}{b}}, \qquad \sqrt[m]{\sqrt[n]{a}} = \sqrt[mn]{a}

و مهم‌ترین قضیهٔ این بخش:

ann={an زوجan فرد\sqrt[n]{a^n} = \begin{cases} |a| & n \text{ زوج} \\ a & n \text{ فرد} \end{cases}

پس x2=x\sqrt{x^2} = x غلط است؛ درستش x2=x\sqrt{x^2} = |x| است. دو خطای همسایه‌اش هم: a+ba+b\sqrt{a+b} \neq \sqrt a + \sqrt b و a2+b2a+b\sqrt{a^2+b^2} \neq a+b.

مقایسهٔ ریشه‌ها با مخرجِ مشترکِ نما انجام می‌شود. مثلاً برای مقایسهٔ 53\sqrt[3]{5} و 74\sqrt[4]{7}: هر دو را به فرجهٔ ۱۲ می‌بریم، 62512\sqrt[12]{625} و 34312\sqrt[12]{343}، و چون 625>343625 > 343 پس 53>74\sqrt[3]{5} > \sqrt[4]{7}.

ساده‌سازی هم با جدا کردنِ توانِ کاملِ داخلِ رادیکال: 75=53\sqrt{75} = 5\sqrt3، 543=323\sqrt[3]{54} = 3\sqrt[3]{2}، 484=234\sqrt[4]{48} = 2\sqrt[4]{3}. و کسرِ نما را همیشه ساده کنید: a46=a2/3=a23\sqrt[6]{a^4} = a^{2/3} = \sqrt[3]{a^2}.

صعودی یا نزولی؟ برای a>1a>1 از r<sr<s نتیجه می‌گیریم ar<asa^r < a^s؛ ولی برای 0<a<10<a<1 رابطه برعکس می‌شود.

اتحادها: جعبه‌ابزارِ بازنویسی

(a±b)2=a2±2ab+b2,(a+b)(ab)=a2b2(a\pm b)^2 = a^2 \pm 2ab + b^2, \qquad (a+b)(a-b) = a^2 - b^2
(x+a)(x+b)=x2+(a+b)x+ab,(a+b+c)2=a2+b2+c2+2ab+2ac+2bc(x+a)(x+b) = x^2 + (a+b)x + ab, \qquad (a+b+c)^2 = a^2+b^2+c^2+2ab+2ac+2bc
(a±b)3=a3±3a2b+3ab2±b3\boxed{(a \pm b)^3 = a^3 \pm 3a^2b + 3ab^2 \pm b^3}
a3+b3=(a+b)(a2ab+b2)a3b3=(ab)(a2+ab+b2)\boxed{a^3 + b^3 = (a+b)(a^2-ab+b^2)} \qquad \boxed{a^3 - b^3 = (a-b)(a^2+ab+b^2)}

در عاملِ دومِ مکعب‌ها ضریبِ abab برابرِ 1\mp 1 است، نه 2\mp 2؛ پس آن عبارت اتحادِ مربع نیست. این پرتکرارترین اشتباهِ این بخش است.

نمونه‌های تجزیه: 8x327=(2x3)(4x2+6x+9)8x^3 - 27 = (2x-3)(4x^2+6x+9) و x3+1=(x+1)(x2x+1)x^3+1 = (x+1)(x^2-x+1) و x61=(x1)(x2+x+1)(x+1)(x2x+1)x^6 - 1 = (x-1)(x^2+x+1)(x+1)(x^2-x+1).

همین اتحادها محاسبهٔ ذهنی را هم سریع می‌کنند: 1052=(100+5)2=11025105^2 = (100+5)^2 = 11025 و 99×101=10021=999999 \times 101 = 100^2 - 1 = 9999.

کسرهایِ جبری و گویا کردنِ مخرج

عبارتِ P(x)Q(x)\frac{P(x)}{Q(x)} فقط جایی معنا دارد که Q(x)0Q(x) \neq 0. برای ساده‌سازی، صورت و مخرج را تجزیه کنید و عاملِ مشترک را بردارید — با ذکرِ شرط:

x24x2=(x2)(x+2)x2=x+2(x2)\frac{x^2-4}{x-2} = \frac{(x-2)(x+2)}{x-2} = x+2 \qquad (x \neq 2)

گویا کردنِ مخرج یعنی بردنِ رادیکال از مخرج به صورت. سه حالت دارد:

۱. رادیکالِ تکی: در خودِ رادیکال ضرب کنید — 23=233\frac{2}{\sqrt3} = \frac{2\sqrt3}{3}.

۲. مخرجِ دوجمله‌ای: در مزدوج ضرب کنید، چون (a+b)(ab)=ab(\sqrt a + \sqrt b)(\sqrt a - \sqrt b) = a - b.

نمونه: مخرجِ 23+5\dfrac{2}{\sqrt3+\sqrt5} را گویا کنید.
صورت و مخرج را در 35\sqrt3-\sqrt5 ضرب می‌کنیم: 2(35)35=2(35)2=53\dfrac{2(\sqrt3-\sqrt5)}{3-5} = \dfrac{2(\sqrt3-\sqrt5)}{-2} = \sqrt5-\sqrt3.

۳. ریشهٔ سوم: از اتحادِ مکعب کمک بگیرید، چون (a3b3)(a23+ab3+b23)=ab(\sqrt[3]{a}-\sqrt[3]{b})(\sqrt[3]{a^2}+\sqrt[3]{ab}+\sqrt[3]{b^2}) = a-b. مثلاً 1231=43+23+1\dfrac{1}{\sqrt[3]{2}-1} = \sqrt[3]{4}+\sqrt[3]{2}+1.

مثلثِ خیام: ضریب‌ها را نشمارید، بخوانید

ضریب‌های بسطِ (a+b)n(a+b)^n همان سطرهای مثلثِ خیام‌اند و هر عدد جمعِ دو عددِ بالای خودش است:

1  /  11  /  121  /  1331  /  146411 \;/\; 1\,1 \;/\; 1\,2\,1 \;/\; 1\,3\,3\,1 \;/\; 1\,4\,6\,4\,1
(nk)=n!k!(nk)!,(nk)=(n1k1)+(n1k),(a+b)n=k=0n(nk)ankbk\binom{n}{k} = \frac{n!}{k!\,(n-k)!}, \qquad \binom{n}{k} = \binom{n-1}{k-1} + \binom{n-1}{k}, \qquad (a+b)^n = \sum_{k=0}^{n}\binom{n}{k}a^{n-k}b^k

تعمیمِ تجزیهٔ مکعب‌ها هم مفید است: anbna^n - b^n همیشه بر aba-b بخش‌پذیر است، و an+bna^n + b^n فقط وقتی nn فرد باشد بر a+ba+b بخش‌پذیر است؛ برای nn زوج در اعداد حقیقی تجزیه نمی‌شود.

شرطِ تعریف — نکتهٔ آخر

  • برای f(x)n\sqrt[n]{f(x)} با nn زوج: f(x)0f(x) \geq 0
  • برای f(x)g(x)\dfrac{f(x)}{g(x)}: فقط g(x)0g(x) \neq 0
  • برای f(x)g(x)\dfrac{\sqrt{f(x)}}{g(x)}: هر دو شرط با هم.

نمونه تست

پاسخنامه‌ی تحلیلی سه‌بخشی برای هر سؤال

  • چرا گزینه‌ی درست، درست است
  • چرا هر گزینه‌ی دیگر غلط است
  • تله‌ی تستی‌ای که باید بشناسی

1. اگر 23<k<332^3<k<3^3، کدام نتیجه درست است؟

  • 2<k3<32<\sqrt[3]{k}<3
  • 2<k2<32<\sqrt[2]{k}<3
  • 2<k4<32<\sqrt[4]{k}<3
  • 8<k3<278<\sqrt[3]{k}<27

پاسخنامه‌ی تحلیلی

تابع ریشهٔ سوم صعودی است. از 8<k<278<k<27 نتیجه می‌گیریم «2<k3<32<\sqrt[3]{k}<3». سایرِ گزینه‌ها از نادیده‌گرفتنِ یکی از قراردادهایِ فصل یا خطایِ محاسباتی ناشی می‌شوند. تلهٔ تستی: در سؤالاتِ مفهومی دربارهٔ رادیکال و توان، قراردادهایِ فصل (ریشهٔ زوجِ عددِ منفی تعریف‌نشده، نمادِ رادیکالِ زوج فقط مقدارِ نامنفی، x2=x\sqrt{x^2}=|x|) را با محاسبات ساده‌انگارانه اشتباه نگیرید.

2. اگر x=253x=\sqrt[3]{25}، کدام گزاره صحیح است؟

  • xx عددی گویاست
  • 2<x<32<x<3
  • 3<x<43<x<4
  • 1<x<21<x<2

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«2<x<32<x<3» درست است. چون 23=8<25<27=332^3=8<25<27=3^3، پس 2<253<32<\sqrt[3]{25}<3. این عدد نیز گنگ است. سایرِ گزینه‌ها از نادیده‌گرفتنِ یکی از قراردادهایِ فصل یا خطایِ محاسباتی ناشی می‌شوند. تلهٔ تستی: در سؤالاتِ مفهومی دربارهٔ رادیکال و توان، قراردادهایِ فصل (ریشهٔ زوجِ عددِ منفی تعریف‌نشده، نمادِ رادیکالِ زوج فقط مقدارِ نامنفی، x2=x\sqrt{x^2}=|x|) را با محاسبات ساده‌انگارانه اشتباه نگیرید.

3. اگر x=231x=\sqrt[3]{2}-1، مقدار 1x\dfrac{1}{x} کدام است؟

  • 1231-\sqrt[3]{2}
  • 23+1\sqrt[3]{2}+1
  • 43+23+1\sqrt[3]{4}+\sqrt[3]{2}+1
  • 4323+1\sqrt[3]{4}-\sqrt[3]{2}+1

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«43+23+1\sqrt[3]{4}+\sqrt[3]{2}+1» درست است. برای گویا کردن مخرج از اتحاد تفاضل مکعب استفاده می‌کنیم: 1231=43+23+121\dfrac1{\sqrt[3]{2}-1}=\dfrac{\sqrt[3]{4}+\sqrt[3]{2}+1}{2-1}. سایرِ گزینه‌ها از نادیده‌گرفتنِ یکی از قراردادهایِ فصل یا خطایِ محاسباتی ناشی می‌شوند. تلهٔ تستی: در سؤالاتِ مفهومی دربارهٔ رادیکال و توان، قراردادهایِ فصل (ریشهٔ زوجِ عددِ منفی تعریف‌نشده، نمادِ رادیکالِ زوج فقط مقدارِ نامنفی، x2=x\sqrt{x^2}=|x|) را با محاسبات ساده‌انگارانه اشتباه نگیرید.

4. اگر a3b3=56a^3-b^3=56 و ab=2a-b=2، مقدار a2+ab+b2a^2+ab+b^2 برابر است با

  • 3030
  • 5454
  • 1414
  • 2828

پاسخنامه‌ی تحلیلی

از اتحاد a3b3=(ab)(a2+ab+b2)a^3-b^3=(a-b)(a^2+ab+b^2) داریم 56=2(a2+ab+b2)56=2(a^2+ab+b^2)؛ پس مقدار خواسته‌شده «2828» است. سایرِ گزینه‌ها از فراموش‌کردنِ یکی از جمله‌هایِ اتحادِ به‌کاررفته ناشی می‌شوند. تلهٔ تستی: در محاسبهٔ عباراتی مانندِ a2+b2a^2+b^2 یا a3+b3a^3+b^3 از رویِ مجموع و حاصل‌ضرب، باید از اتحادهایِ (a+b)22ab(a+b)^2-2ab یا (a+b)33ab(a+b)(a+b)^3-3ab(a+b) استفاده کرد، نه جمعِ سادهٔ مربع‌ها یا مکعب‌ها.

5. اگر a3+b3=80a^3+b^3=80 و a+b=4a+b=4، مقدار a2ab+b2a^2-ab+b^2 کدام است؟

  • 2020
  • 2424
  • 1616
  • 1818

پاسخنامه‌ی تحلیلی

از اتحاد مجموع مکعب‌ها: 80=(a+b)(a2ab+b2)=4(a2ab+b2)80=(a+b)(a^2-ab+b^2)=4(a^2-ab+b^2)، پس مقدار برابر «2020» است. سایرِ گزینه‌ها از فراموش‌کردنِ یکی از جمله‌هایِ اتحادِ به‌کاررفته ناشی می‌شوند. تلهٔ تستی: در محاسبهٔ عباراتی مانندِ a2+b2a^2+b^2 یا a3+b3a^3+b^3 از رویِ مجموع و حاصل‌ضرب، باید از اتحادهایِ (a+b)22ab(a+b)^2-2ab یا (a+b)33ab(a+b)(a+b)^3-3ab(a+b) استفاده کرد، نه جمعِ سادهٔ مربع‌ها یا مکعب‌ها.

6. عبارت x2+1x3\dfrac{x^2+1}{x-3} در کدام مقدار تعریف نشده است؟

  • x=1x=1
  • x=3x=3
  • x=3x=-3
  • x=0x=0

پاسخنامه‌ی تحلیلی

در عبارت گویا فقط باید مخرج صفر نشود. چون x3=0x-3=0 در «x=3x=3»، عبارت در آن نقطه تعریف‌نشده است. سایرِ گزینه‌ها یکی از دو شرطِ لازم (رادیکال یا مخرج) را ناقص یا نادرست بیان می‌کنند. تلهٔ تستی: ریشهٔ زوجِ یک عددِ منفی در مجموعهٔ اعدادِ حقیقی هرگز تعریف نمی‌شود؛ این را با ریشهٔ فردِ عددِ منفی (که کاملاً تعریف‌شده و منفی است) اشتباه نگیرید.

7. دامنهٔ عبارت x2x29\dfrac{\sqrt{x-2}}{x^2-9} کدام است؟

  • x2x\ge2 و x9x\ne9
  • x>2x>2 و x±3x\ne\pm3
  • x2x\ge2 و x±3x\ne\pm3
  • x2x\ge2

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«x2x\ge2 و x±3x\ne\pm3» درست است. گام‌به‌گام: برای تعریف باید هم‌زمان x20x-2\ge0 (شرطِ رادیکالِ زوج) یعنی x2x\ge2، و x290x^2-9\ne0 (شرطِ مخرج) یعنی x3x\ne3 و x3x\ne-3 برقرار باشد. وارسیِ مستقل (بررسیِ مرزها): در x=2x=2 داریم 049=05=0\dfrac{\sqrt0}{4-9}=\dfrac{0}{-5}=0 که کاملاً تعریف‌شده است، پس x=2x=2 باید در دامنه بماند؛ در x=3x=3 مخرج صفر می‌شود ✓. ردِ گزینه‌ها: «x2x\ge2» به‌تنهایی شرطِ مخرج را نادیده می‌گیرد و x=3x=3 را مجاز می‌شمارد؛ «x2x\ge2 و x9x\ne9» نقطهٔ اشتباهی را حذف می‌کند (ریشه‌های مخرج ±3\pm3 است نه 99)؛ «x>2x>2 و x±3x\ne\pm3» به‌اشتباه x=2x=2 را هم کنار می‌گذارد، در حالی که آنجا مخرج برابرِ 5-5 و ناصفر است. تلهٔ تستی: شرطِ رادیکالِ زوج و شرطِ مخرج دو شرطِ مستقل‌اند که باید جداگانه نوشته و سپس با هم ترکیب شوند؛ مرزِ بازهٔ رادیکال (x=2x=2) فقط وقتی حذف می‌شود که خودش مخرج را صفر کند — اینجا نمی‌کند.

8. کدام گزینه نادرست است؟

  • (ar)s=ars(a^r)^s=a^{rs}
  • (ab)r=arbr\left(\dfrac ab\right)^r=\dfrac{a^r}{b^r}
  • aras=ar+sa^ra^s=a^{r+s}
  • (a+b)r=ar+br(a+b)^r=a^r+b^r

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«(a+b)r=ar+br(a+b)^r=a^r+b^r» درست است. سه قانون اول از قوانین توان‌های گویا هستند. اما در حالت کلی (a+b)r(a+b)^r برابر ar+bra^r+b^r نیست. سایرِ گزینه‌ها از نادیده‌گرفتنِ یکی از قراردادهایِ فصل یا خطایِ محاسباتی ناشی می‌شوند. تلهٔ تستی: در سؤالاتِ مفهومی دربارهٔ رادیکال و توان، قراردادهایِ فصل (ریشهٔ زوجِ عددِ منفی تعریف‌نشده، نمادِ رادیکالِ زوج فقط مقدارِ نامنفی، x2=x\sqrt{x^2}=|x|) را با محاسبات ساده‌انگارانه اشتباه نگیرید.

9. اگر a=53a=\sqrt[3]{5} و b=74b=\sqrt[4]{7}، کدام رابطه درست است؟

  • a>ba>b
  • a<ba<b
  • قابل مقایسه نیستند
  • a=ba=b

پاسخنامه‌ی تحلیلی

با مخرج مشترک گرفتن توان‌ها: a=5412=62512a=\sqrt[12]{5^4}=\sqrt[12]{625} و b=7312=34312b=\sqrt[12]{7^3}=\sqrt[12]{343}. چون 625>343625>343، پس «a>ba>b». سایرِ گزینه‌ها از جهتِ نادرستِ نامساوی یا محاسبهٔ نادرستِ اندیسِ ریشهٔ مشترک ناشی می‌شوند. تلهٔ تستی: در مقایسهٔ توان‌های گویا، جهتِ نامساوی به بازهٔ پایه بستگی دارد؛ برایِ پایهٔ بزرگ‌تر از 11 هم‌سو با توان و برایِ پایهٔ بینِ صفر و 11 برعکسِ توان است — همیشه هر دو عبارت را با یک اندیسِ ریشهٔ مشترک بازنویسی کنید تا مقایسه مستقیم شود.

10. کدام گزینه بهترین تقریب برای 253\sqrt[3]{25} است؟

  • 2.502.50
  • 2.922.92
  • 3.083.08
  • 2.122.12

پاسخنامه‌ی تحلیلی

می‌دانیم 2.93=24.389<252.9^3=24.389<25 و 2.92324.897<252.92^3\approx24.897<25 و به 2525 نزدیک است، پس تقریب مناسب «2.922.92» است. سایرِ گزینه‌ها از نادیده‌گرفتنِ یکی از قراردادهایِ فصل یا خطایِ محاسباتی ناشی می‌شوند. تلهٔ تستی: در سؤالاتِ مفهومی دربارهٔ رادیکال و توان، قراردادهایِ فصل (ریشهٔ زوجِ عددِ منفی تعریف‌نشده، نمادِ رادیکالِ زوج فقط مقدارِ نامنفی، x2=x\sqrt{x^2}=|x|) را با محاسبات ساده‌انگارانه اشتباه نگیرید.

مباحث مرتبط

ادامه‌ی این مبحث رو ببین

با ثبت‌نام رایگان، به بانک کامل سؤال، شبیه‌ساز کنکور و تحلیل پیشرفت دسترسی داری

ثبت‌نام رایگان