121223 初版
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2の2乗, 3乗, 4乗, …と自然数乗は自然に考えることができる。
\(2^n=2\cdot 2\cdots 2\cdot 2\) (n個の積)
前回は, 0とか負の整数とかのとき, \(2^n\)に意味を持たせてきた。
いつものように,数学を 構成 していく。

数列と関数の考えは、ほとんど違わないと思う。
高校で考察する関数も, 表を用いて書くのがよいと思う。
ただ,高校での数列は離散的であることが大きな違いである。

2のn乗
\(n\) -2 -1 0 1 2 3 4
\(2^n\) \(\dfrac{1}{4}\) \(\dfrac{1}{2}\) 1 2 4 8 16

nをひとつずつ大きくすると, \(2^n\)は2倍になる

指数法則
\(x\) m n m+n
\(2^x\) M N MN

ここで \(M=2^m\), \(N=2^n\), \(MN=2^{m+n}\)
(A) \(2^m\cdot 2^n=2^{m+n}\)
(B) \((2^m)^n=2^{mn}\)

nをひとつずつ大きくすると, \(2^n\)は2倍になる
しからば,
(参考 ここここ )

2のn乗
\(n\) 0 \(\dfrac{1}{2}\) 1 \(\dfrac{3}{2}\) 2 \(\dfrac{5}{2}\) 3
\(2^n\) 1 \(\sqrt{2}\) 2 \(2\sqrt{2}\) 4 \(4\sqrt{2}\) 8
2のn乗
\(n\) 0 \(\dfrac{1}{3}\) \(\dfrac{2}{3}\) 1 \(\dfrac{4}{3}\) \(\dfrac{5}{3}\) 2 \(\dfrac{7}{3}\) \(\dfrac{8}{3}\) 3
\(2^n\) 1 \(\sqrt[3]{2}\) \(\sqrt[3]{4}\) 2 \(2\sqrt[3]{2}\) \(2\sqrt[3]{4}\) 4 \(4\sqrt[3]{2}\) \(4\sqrt[3]{4}\) 8

したがって,このように,

\(a^\frac{1}{2}=\sqrt{a}\),  \(a^{\frac{1}{3}}=\sqrt[3]{a}\)
自然数 n に対して,\(a^{\frac{1}{n}}=\sqrt[n]{a}\)
と拡張するのが妥当である。
まるで,帯分数のようである。
相加平均,相乗平均 も連想するとよい。
指数法則 より, \((a^m)^n=a^{mn}\) であるが,
拡張は,これを満たしている。
したがって, 指数法則 はすべての有理数で成り立つ。
極限操作を経て,指数関数 \(f(x)=a^x\) はすべての実数を定義域とする。

つづく