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《数学女孩》5.4 再进一步看看

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“刚才我们一直在玩一些公式变形的游戏,所以有些啰里啰嗦。如果我们只是要证明基本不等式,其实只要把 这个不等式的左边部分进行展开就可以了,假设 x ≥ 0 且 y ≥ 0。”

“也就是说,式子变形为下面这样。”

“然后只要把 移项,再两边同时除以 2,就可以得到以下式子。”

  当 x ≥ 0 且 y ≥ 0 时

“咦?这次 x ≥ 0 且 y ≥ 0 这个条件是从哪里推导出来的呢?”她问道。

我答道:“我们现在考虑的是实数范围。根号里的数字 xy 都必须大于等于 0。”

“那如果根号中的数字小于 0 会怎么样呢?”她问。

“如果根号中的数字小于 0 的话,答案就变成虚数了。”我答道。

“原来如此……”她明白了。

“好了,我们再把基本不等式进行一下变形看看如何。和就用 x + y 来表示,乘积形式不省略乘号,就用 x × y 来表示。除以 2 就用分数形式 来表示,平方根用 次方来表示。这样一来,刚才的公式就变形为以下的式子。这也能表示基本不等式。用这种方法可以明显地表示出左右两边的相似性,让人一目了然。”我说。

泰朵拉突然举起手,说:“学长,我又有一个问题。平方根就是根号的意思吧,那么 次方又是什么呢?”

我答道:“求一个数的平方根就是求这个数的 次方。也许你对 次方 这种说法感到非常吃惊,但定义就是这么规定的。不过如果你能从指数的角度来考虑的话,就很容易理解了。”

“ 次方是很标准的说法吗?”她吃惊不已。

“我来解释一下 x 的平方根就是 x 的 次方吧。比如说,假设 x ≥ 0, 首先你想想看 (x3)2 是多少?”我问道。

“(x3)2 吗?也就是 (x·x·x)2,从整体来看就是 x 的 6 次方吧,所以我认为 (x3)2 = x6 。”她答道。

“对啊。所以下面这个一般式就能成立。求一个数的幂次方的幂次方就是将其指数相乘。”我说。

“嗯,我明白了。”她说。

“那么根据上述理论,你再来看看下面这个式子。这里的 a 应该为多少呢?”

“幂次方的幂次方就是指数相乘,所以 a 的 2 倍就是 1 吧,那么 a 就是 。”她答道。

“嗯,这是很自然的想法。那么,你再仔细看看 (xa)2 = x1 这个式子。 x1 就是 x,这整个式子就被描述为‘xa 的平方是 x’。那么 xa 又表示什么呢?”

xa 平方后变成了 x,是大于等于 0 的数吧。啊!这不就是 嘛! 哇——实在是太厉害了!”她惊叫道。

“嗯,很厉害吧。你这下能理解 次方就是平方根这种说法了吧?”

平方根就是 次方

“我现在确实觉得这个说法很自然了。”她说。

“啊,对了,基本不等式是不是还可以写成一般化的形式呢?如果试着证明这个一般形式可能会很有趣哦。”我说。

“将这个式子用 和 来表示的话,就可以将不等式左边改写为和的形式,将右边改写为积的形式。基本不等式就是和与积之间的关系。”我说。

“学长,学 ——长 ——。”泰朵拉叫我,“这个问题很有意思,但是,再这样坐下去,我人都快变成雕像了,我可以休息会儿吗?”