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Algebra · real student question

化简指数式 (x⁵y⁶z³ / (x⁻⁵y⁻⁶z⁻³))⁻²,假设各字母都表示非零实数。

Question

化简下面的指数式。假设各字母都表示非零实数。

(x5y6z3x−5y−6z−3)−2\left(\frac{x^{5}y^{6}z^{3}}{x^{-5}y^{-6}z^{-3}}\right)^{-2}

Step-by-step solution

  1. 先把括号里面化简,再动外面的指数。 这里有两条指数法则在抢注意力,而处理的顺序直接决定符号会不会算错。先把分式收成一个单项式,然后一次性处理那个 −2-2。收分式用的工具是同底数幂相除法则:

    aman=am−n\frac{a^{m}}{a^{n}}=a^{m-n}

  2. 逐个字母做指数相减,盯住负负得正。 每个分母上的指数都是负的,减去它相当于加上:

    x5x−5=x5−(−5)=x10,y6y−6=y6−(−6)=y12,z3z−3=z3−(−3)=z6\frac{x^{5}}{x^{-5}}=x^{5-(-5)}=x^{10},\qquad \frac{y^{6}}{y^{-6}}=y^{6-(-6)}=y^{12},\qquad \frac{z^{3}}{z^{-3}}=z^{3-(-3)}=z^{6}

    于是式子现在成了

    (x10y12z6)−2\left(x^{10}y^{12}z^{6}\right)^{-2}

  3. 用幂的乘方法则把外层指数分配下去。 由 (am)n=amn\left(a^{m}\right)^{n}=a^{mn},而积的乘方要作用在每一个因式上,所以每个指数都要乘上 −2-2:

    x10(−2)y12(−2)z6(−2)=x−20y−24z−12x^{10(-2)}y^{12(-2)}z^{6(-2)}=x^{-20}y^{-24}z^{-12}

  4. 把负指数换成正指数的写法。 负指数意味着取倒数,a−k=1aka^{-k}=\dfrac{1}{a^{k}},所以三个因式都落进同一个分母:

    x−20y−24z−12=1x20y24z12x^{-20}y^{-24}z^{-12}=\frac{1}{x^{20}y^{24}z^{12}}

    这也正是题目为什么要特意强调各字母非零 —— 否则取倒数就没有定义了。

  5. 做数值验证。 把 x=1.3x=1.3、y=0.7y=0.7、z=2.1z=2.1 代入原式得 0.00373377769280810.0037337776928081,而化简后的 1/(x20y24z12)1/(x^{20}y^{24}z^{12}) 给出一模一样的 0.00373377769280810.0037337776928081。两者在双精度的满位上一致,说明指数这笔账算对了。

Answer

1x20y24z12\frac{1}{x^{20}y^{24}z^{12}}

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