Bài 18: Luỹ thừa với số mũ thực
Lý thuyết chi tiết và bài tập có lời giải Bài 18: Luỹ thừa với số mũ thực — SGK Toán 11 Kết nối tri thức.
I. Khái niệm luỹ thừa
- Số mũ nguyên dương: $a^n = a \cdot a \dots a$ ($n$ thừa số $a$).
- Số mũ 0 và nguyên âm: Với $a \ne 0$, $a^0 = 1$ và $a^{-n} = \dfrac{1}{a^n}$.
- Số mũ hữu tỉ: Cho $a > 0$ và $r = \dfrac{m}{n}$ ($m \in \mathbb{Z}, n \in \mathbb{N}^*$): $$a^{\frac{m}{n}} = \sqrt[n]{a^m}$$
- Số mũ thực: Cho $a > 0$ và $\alpha \in \mathbb{R}$. Giả sử $(\ r_n \)$ là dãy số hữu tỉ có $\lim r_n = \alpha$, khi đó $a^\alpha = \lim a^{r_n}$.
II. Khái niệm căn bậc n
Cho số thực $a$ và số nguyên dương $n \ge 2$. Số $b$ được gọi là căn bậc $n$ của số $a$ nếu $b^n = a$.
- Nếu $n$ lẻ: Mỗi số thực $a$ có đúng một căn bậc $n$, kí hiệu $\sqrt[n]{a}$.
- Nếu $n$ chẵn:
- Số âm không có căn bậc $n$.
- Số 0 có duy nhất 1 căn bậc $n$ là 0.
- Số dương $a$ có đúng 2 căn bậc $n$ đối nhau là $\sqrt[n]{a}$ và $-\sqrt[n]{a}$.
III. Tính chất của luỹ thừa với số mũ thực
- $a^\alpha \cdot a^\beta = a^{\alpha + \beta}$
- $\dfrac{a^\alpha}{a^\beta} = a^{\alpha - \beta}$
- $(a^\alpha)^\beta = a^{\alpha \beta}$
- $(a \cdot b)^\alpha = a^\alpha \cdot b^\alpha$
- $\left(\dfrac{a}{b}\right)^\alpha = \dfrac{a^\alpha}{b^\alpha}$
- So sánh luỹ thừa:
- Nếu $a > 1$ thì $a^\alpha > a^\beta \Leftrightarrow \alpha > \beta$.
- Nếu $0 < a < 1$ thì $a^\alpha > a^\beta \Leftrightarrow \alpha < \beta$.
🔷 Dạng 1: Tính giá trị & Rút gọn lũy thừa
- Đưa các cơ số về cùng một cơ số nguyên tố (2, 3, 5...).
- Áp dụng các công thức tính chất lũy thừa để rút gọn số mũ.
Rút gọn biểu thức $A = \dfrac{a^{\frac{4}{3}} \cdot \left(a^{-\frac{1}{3}} + a^{\frac{2}{3}}\right)}{a^{\frac{1}{4}} \cdot \left(a^{\frac{3}{4}} + a^{-\frac{1}{4}}\right)}$ với $a > 0$.
Xem lời giải
• Tử số: $a^{\frac{4}{3}} \cdot a^{-\frac{1}{3}} + a^{\frac{4}{3}} \cdot a^{\frac{2}{3}} = a^1 + a^2 = a(1 + a)$.
• Mẫu số: $a^{\frac{1}{4}} \cdot a^{\frac{3}{4}} + a^{\frac{1}{4}} \cdot a^{-\frac{1}{4}} = a^1 + a^0 = a + 1$.
Do đó $A = \dfrac{a(1 + a)}{a + 1} = a$.
Tính $P = 16^{0.75} + 27^{\frac{2}{3}} - 25^{0.5}$.
Xem lời giải
• $16^{0.75} = (2^4)^{\frac{3}{4}} = 2^3 = 8$.
• $27^{\frac{2}{3}} = (3^3)^{\frac{2}{3}} = 3^2 = 9$.
• $25^{0.5} = (5^2)^{\frac{1}{2}} = 5$.
$P = 8 + 9 - 5 = 12$.
📝 Thực hành — Dạng 1
Tính $P = 81^{\frac{3}{4}} - 8^{\frac{4}{3}}$.
Xem lời giải
$81^{\frac{3}{4}} = 3^3 = 27$, $8^{\frac{4}{3}} = 2^4 = 16 \Rightarrow P = 27 - 16 = 11$.
Rút gọn $P = \dfrac{x^{\frac{1}{2}} \cdot x^{\frac{1}{3}}}{\sqrt[6]{x}}$ với $x > 0$.
Xem lời giải
Tử số $= x^{5/6}$, Mẫu số $= x^{1/6} \Rightarrow P = x^{5/6 - 1/6} = x^{4/6} = x^{2/3}$.
🔷 Dạng 2: Căn thức về lũy thừa mũ hữu tỉ
Áp dụng quy tắc $\sqrt[n]{a^m} = a^{\frac{m}{n}}$ biến đổi lần lượt từ căn trong cùng ra ngoài.
Biểu diễn $P = x \cdot \sqrt{x \cdot \sqrt[3]{x}}$ ($x > 0$) dưới dạng luỹ thừa với số mũ hữu tỉ.
Xem lời giải
• Trong cùng: $x \cdot \sqrt[3]{x} = x \cdot x^{\frac{1}{3}} = x^{\frac{4}{3}}$.
• Căn bậc hai: $\sqrt{x^{\frac{4}{3}}} = \left(x^{\frac{4}{3}}\right)^{\frac{1}{2}} = x^{\frac{2}{3}}$.
• Nhân với $x$: $P = x \cdot x^{\frac{2}{3}} = x^{1 + \frac{2}{3}} = x^{\frac{5}{3}}$.
Biểu diễn $P = \sqrt[3]{a^2 \sqrt{a}}$ dưới dạng $a^k$. Tìm $k$.
Xem lời giải
$a^2 \sqrt{a} = a^2 \cdot a^{\frac{1}{2}} = a^{\frac{5}{2}}$.
$P = \sqrt[3]{a^{\frac{5}{2}}} = a^{\frac{5}{6}} \Rightarrow k = \dfrac{5}{6}$.
📝 Thực hành — Dạng 2
Biểu diễn $P = \sqrt{x \sqrt{x \sqrt{x}}}$ ($x > 0$) dưới dạng $x^k$.
Xem lời giải
$P = x^{\frac{1}{2} + \frac{1}{4} + \frac{1}{8}} = x^{\frac{7}{8}} \Rightarrow k = \dfrac{7}{8}$.
Biểu diễn $P = \sqrt[4]{x^3}$ dưới dạng số mũ hữu tỉ.
Xem lời giải
$P = x^{\frac{3}{4}}$.
🔷 Dạng 3: So sánh các lũy thừa
- Đưa về cùng cơ số hoặc cùng số mũ.
- Nếu $a > 1$: $a^m > a^n \Leftrightarrow m > n$.
- Nếu $0 < a < 1$: $a^m > a^n \Leftrightarrow m < n$.
So sánh $A = (0.5)^{\sqrt{3}}$ và $B = (0.5)^{\sqrt{2}}$.
Xem lời giải
• Cơ số $a = 0.5$ có $0 < 0.5 < 1$.
• Số mũ: $\sqrt{3} > \sqrt{2}$.
Vì cơ số nhỏ hơn 1 nên luỹ thừa đổi chiều $\Rightarrow (0.5)^{\sqrt{3}} < (0.5)^{\sqrt{2}}$, hay $A < B$.
So sánh $a = 3^{200}$ và $b = 2^{300}$.
Xem lời giải
• $a = 3^{200} = (3^2)^{100} = 9^{100}$.
• $b = 2^{300} = (2^3)^{100} = 8^{100}$.
Vì $9 > 8 \Rightarrow 9^{100} > 8^{100} \Rightarrow a > b$.
📝 Thực hành — Dạng 3
So sánh $\pi^{\sqrt{2}}$ và $\pi^{1.4}$.
Xem lời giải
Vì cơ số $\pi \approx 3.14 > 1$ và $\sqrt{2} \approx 1.414 > 1.4 \Rightarrow \pi^{\sqrt{2}} > \pi^{1.4}$.
Biết $a^{\frac{1}{3}} > a^{\frac{1}{2}}$. Tìm điều kiện của cơ số $a$.
Xem lời giải
Vì $\dfrac{1}{3} < \dfrac{1}{2}$ nhưng $a^{\frac{1}{3}} > a^{\frac{1}{2}} \Rightarrow 0 < a < 1$.
🔷 Dạng 4: Bài toán lãi kép & Tăng trưởng thực tế
Công thức lãi kép gửi ngân hàng vốn $A$, lãi suất $r$/kỳ hạn, sau $N$ kỳ hạn số tiền thu được là:
$$T = A(1 + r)^N$$Một người gửi 100 triệu đồng vào ngân hàng với lãi suất $6\%/năm$ theo hình thức lãi kép. Hỏi sau 3 năm người đó thu được bao nhiêu tiền cả vốn lẫn lãi?
Xem lời giải
Áp dụng công thức lãi kép $T = A(1 + r)^N$ với $A = 100$, $r = 0.06$, $N = 3$:
$$T = 100 \times (1 + 0.06)^3 = 100 \times (1.06)^3 = 119.1016 \text{ triệu đồng}$$Dân số một thành phố hiện nay là 1 triệu người. Tốc độ tăng dân số là $1.2\%/năm$. Tính dân số sau 5 năm.
Xem lời giải
$N = 1 \times (1 + 0.012)^5 = 1 \times (1.012)^5 \approx 1.0614 \text{ triệu người}$.
📝 Thực hành — Dạng 4
Gửi 50 triệu lãi suất $0.5\%/tháng$ lãi kép. Sau 12 tháng nhận được bao nhiêu?
Xem lời giải
$T = 50 \times (1 + 0.005)^{12} \approx 53.08 \text{ triệu}$.
Số tiền lãi nhận được sau $N$ năm theo lãi kép bằng công thức nào?
Xem lời giải
Lãi $= T - A = A[(1 + r)^N - 1]$.
📝 Bài tập tự luận — Tổng hợp
Bài 1. Tính $A = 27^{\frac{1}{3}} + 16^{\frac{1}{4}}$.
Xem lời giải
$3 + 2 = 5$.
Bài 2. Rút gọn $B = \dfrac{x^{\frac{7}{3}}}{\sqrt[3]{x}}$ với $x > 0$.
Xem lời giải
$x^{7/3 - 1/3} = x^{6/3} = x^2$.
Bài 3. Viết $P = \sqrt[5]{a^3 \sqrt{a}}$ ($a > 0$) dưới dạng luỹ thừa $a^k$.
Xem lời giải
$a^3 \cdot a^{1/2} = a^{7/2} \Rightarrow P = a^{7/10} \Rightarrow k = \dfrac{7}{10}$.
Bài 4. So sánh $2^{300}$ và $3^{200}$.
Xem lời giải
$2^{300} = 8^{100} < 9^{100} = 3^{200}$.
Bài 5. So sánh $(0.2)^{-\sqrt{2}}$ và $(0.2)^{-\sqrt{3}}$.
Xem lời giải
Cơ số $0.2 < 1$. Do $-\sqrt{2} > -\sqrt{3} \Rightarrow (0.2)^{-\sqrt{2}} < (0.2)^{-\sqrt{3}}$.
Bài 6. Tính $P = \left(\dfrac{1}{16}\right)^{-0.75} + \left(\dfrac{1}{8}\right)^{-\frac{4}{3}}$.
Xem lời giải
$16^{0.75} + 8^{4/3} = 8 + 16 = 24$.
Bài 7. Cho $a^m > a^n$ với $m < n$. Hỏi $a$ nằm trong khoảng nào?
Xem lời giải
$0 < a < 1$.
Bài 8. Gửi 200 triệu đồng lãi suất $7\%/năm$ lãi kép. Sau 5 năm nhận bao nhiêu tiền?
Xem lời giải
$200 \times (1.07)^5 \approx 280.51 \text{ triệu}$.
Bài 9. Điều kiện để biểu thức $x^{\sqrt{2}}$ có nghĩa là gì?
Xem lời giải
Vì số mũ không nguyên $\sqrt{2}$ nên điều kiện là $x > 0$.
Bài 10. Rút gọn biểu thức $K = (a^{\sqrt{2}} - 1)(a^{\sqrt{2}} + 1)$ với $a > 0$.
Xem lời giải
$K = (a^{\sqrt{2}})^2 - 1^2 = a^{2\sqrt{2}} - 1$.
🎯 Bài tập trắc nghiệm tự luyện
Làm các câu hỏi sau để củng cố toàn bộ kiến thức về Luỹ thừa với số mũ thực. Hệ thống sẽ hiển thị kết quả và lời giải chi tiết ngay khi bạn trả lời.
Ngân hàng câu hỏi trắc nghiệm Luỹ thừa với số mũ thực
Hàng trăm câu hỏi ngẫu nhiên từ ngân hàng đề — kiểm tra và tự đánh giá năng lực ngay!
🚀 Làm bài trắc nghiệm →