师:同学们好,今天这节课我们继续学习幂的运算。在学习新课之前,先来回顾一下之前学过的相关知识。大家还记得上节课学习的同底数幂除法的运算性质吗?请大声说出来。
生:同底数幂相除,底数不变,指数相减。即(a)的(m)次方除以(a)的(n)次方,等于(a)的(m - n)次方。其中(a\neq0) ,(m)、(n)都为正整数。
师:那指数(m)、(n)满足怎样的关系呢?大家回忆一下。
生:(m\gt n)。
师:除此之外,(m)、(n)还有什么关系呢?
生:(m\leq n)。
师:那请同学们思考这样一个问题,当(m\leq n),且(m)、(n)都是正整数,(a)的(m)次方除以(a)的(n)次方,其中(a\neq0),又该如何计算呢?带着这个问题,走进本节课幂的运算——第五课时同底数幂的除法。首先,通过本节课的学习,希望大家能有以下收获:一、能通过具体实例的观察和思考,理解(0)次幂、负整数次幂的意义,能够用(0)次幂和负整次数幂的意义进行简单的计算;二、能够用科学计数法表示绝对值小于(1)的数;三、体会由特殊到一般再到特殊以及类比探究问题的数学思想方法。
带着本节课的学习目标,开启学习之旅吧。请同学们拿出笔和练习本,计算下面几个式子,并思考以下问题。
(老师引导学生分析式子)请同学们认真观察这两个式子,被除数和除数相同,根据不等于(0)的一个数除以其本身商为(1),可以直接得出这两个运算结果都为(1)。那我们再来观察这两个算式还有什么特点呢?
生:它们都是指数相等的同底数幂相除。
师:那怎么用字母表示这样的算式呢?同学们可以试着写一写。
生:把底数用(a)表示,指数用(n)表示。
师:那(a)与(n)是什么样的数呢?
生:(a)是不为(0)的数,且(n)是正整数。
师:这样的算式一般表示为(a)的(n)次方除以(a)的(n)次方。类比刚才的方法,它的结果也等于(1)。再来思考这样一个问题,当被除数的指数等于除数的指数,即(m = n)时,仿照同底数幂除法性质计算,你又得到了什么?
(学生计算后)
师:一起来看。底数不变,指数相减,(3)的(3)次方除以(3)的(3)次方,等于(3)的(3 - 3)次方,等于(3)的(0)次方;(10)的(8)次方除以(10)的(8)次方,等于(10)的(8 - 8)次方,等于(10)的(0)次方;(a)的(n)次方除以(a)的(n)次方,等于(a)的(n - n)次方,最后等于(a)的(0)次方。我们可以把(a)的(0)次幂看成是(a)的(n)次方除以(a)的(n)次方的商。所以我们约定,(3)的(0)次方等于(1),(10)的(0)次方等于(1),同样(a)的(0)次方也等于(1),其中(a\neq0),即任何一个不等于(0)的数的(0)次幂都等于(1)。亲爱的同学们,当(m = n)时,有了上面这样一个约定,再来思考下面几个问题,我们同样来观察这两个算式有什么特点呢?
生:它们都是同底数幂除法,且被除数的指数小于除数的指数。
师:那用字母又如何表示呢?类比前面的学习方法可以表示为(a)的(m)次方除以(a)的(n)次方,其中(a\neq0) ,(m)、(n)为正整数,且(m\lt n)。那就请同学们来算一算这几个式子的值吧。
(学生计算后)
师:跟着老师一起来看一看计算过程。第一小题,(3)的平方除以(3)的(5)次方,写成分数的形式等于(\frac{3^{2}}{3^{5}}),再根据同底数幂乘法的逆运用,(3^{5}=3^{2}×3^{3}),约去(3^{2}),结果等于(\frac{1}{3^{3}})。第二小题,(10)的(4)次方除以(10)的(8)次方,通过计算,它的结果就等于(\frac{1}{10^{4}})。最后来看第(3)小题,(a)的(m)次方除以(a)的(n)次方,这里底数和指数都为字母,又该怎样计算呢?
生:它等于(\frac{a^{m}}{a^{n}}),又因为(m\lt n),所以(n - m)为正整数。分母(a^{n})就可以写成(a^{m}×a^{n - m}),约去(a^{m})就等于(\frac{1}{a^{n - m}})。
师:为了简便,我们可以把(n - m)记为(p),即(p)也为正整数,所以结果就可以写成(\frac{1}{a^{p}})。同样来思考这样一个问题,当被除式的指数小于除式的指数,即(m\lt n)时,仿照同底数幂除法性质计算,你又得到了什么?
(学生思考后)
师:好的同学们,有结果了吗?跟着老师一起来看一看。(3)的平方除以(3)的(5)次方,底数相同,指数相减等于(3^{2 - 5}),等于(3^{-3})。第(2)小题,(10)的(4)次方除以(10)的(8)次方,等于(10^{4 - 8}),也就等于(10^{-4})。再来看第三小题,(a)的(m)次方除以(a)的(n)次方,等于(a^{m - n}),令(p = n - m),所以(m - n = -p),那结果就等于(a^{-p})。在这里我们可以把(a)的负整数次幂看作(a)的(m)次方除以(a)的(n)次方的商,其中(m)小于(n)。那对比以上两种运算结果,你又会有什么样的约定呢?
生:我们约定(3^{-3}=\frac{1}{3^{3}}),(10^{-4}=\frac{1}{10^{4}})。
师:那一般的,当底数是不等于(0)的(a),指数为负(p)时,(a^{-p}=\frac{1}{a^{p}}),即任何一个不等于(0)的数的负(p)次幂((p)为正整数),等于这个数的(p)次幂的倒数。
同学们有没有发现,有了上面我们得到的两个约定,由此可以得到幂的指数为正整数、(0)和负整数,即幂的指数可以为任意整数,同底数幂的除法运算性质,对于指数(m)、(n)为整数时也同样成立。我们对于同底数幂除法运算性质中的(m)、(n)有了新的认识,并且有了两个约定,那就通过几个例子来加深对这些知识的理解。请看例一:
(学生计算后)
师:同学们,你们有结果了吗?来看第一小题,(10÷10^{7}),底数不变,指数相减等于(10^{1 - 7}),等于(10^{-6})。根据负整数次幂的意义,最后就等于(\frac{1}{10^{6}})。在这里提醒同学们注意,运算结果中负整数次幂一般要化为正整次数幂。继续来看第二小题,((\frac{1}{7})^{-2}÷(\frac{1}{7})^{-2}),等于((\frac{1}{7})^{-(-2)}),等于((\frac{1}{7})^{0}),也就等于(1)。在这里请同学们也注意,同样可以根据不等于(0)的一个数除以其本身商为(1)得到结果。第(3)小题,(( - 5)^{3}÷( - 5)^{6}),底数都为(-5),且(3\lt6),等于(( - 5)^{3 - 6}),等于(( - 5)^{-3}),也就等于(\frac{1}{(-5)^{3}}),最后的结果等于(-\frac{1}{125})。最后一小题,当底数为字母(x)时,仍然可以计算。利用同底数幂除法运算性质就等于(x^{1 - 3}),等于(x^{-2}),最后可以写成(\frac{1}{x^{2}})。大家可以看到同底数幂的除法运算性质中指数为任意整数。我们再来看一看这两个负整数字幂,如果用小数又该怎么表示呢?请同学们在练习本上认真算一算。
