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5.6: Exponentes negativos

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( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)

Objetivos de aprendizaje

  • Simplifica las expresiones con exponentes enteros negativos.
  • Trabajo con notación científica.

Exponentes negativos

En esta sección, definimos lo que significa tener exponentes enteros negativos. Comenzamos con las siguientes fracciones equivalentes:

18=432

Observe que4,8, y32 son todos los poderes de2. De ahí que podamos escribir4=22,8=23,and32=25.

123=18=432=2225

Si el exponente del término en el denominador es mayor que el exponente del término en el numerador, entonces la aplicación de la regla del cociente para los exponentes da como resultado un exponente negativo. En este caso, tenemos lo siguiente:

123=18=432=2225=225=23

Concluimos que23=123. Esto es cierto en general y lleva a la definición de exponentes negativos. Dado cualquier número enteron yx0, entonces

xn=1xn

Aquíx0 porque\ frac {1} {0}\) no está definido. Para mayor claridad, en esta sección, supongamos que todas las variables son distintas de cero.

Simplificar expresiones con exponentes negativos requiere que reescribamos la expresión con exponentes positivos.

Ejemplo5.6.1

Simplificar:

102.

Solución:

102=1102=1100

Respuesta:

1100

Ejemplo5.6.2

Simplificar:

(3)1.

Solución:

(3)1=1(3)1=13

Respuesta:

13

Ejemplo5.6.3

Simplificar:

1y3.

Solución:

1y3=11y3=1y31=y3

Respuesta:

y3

En este punto destacamos dos ejemplos muy importantes,

Captura de pantalla (387) .png
Figura5.6.1

Si la cantidad agrupada se eleva a un exponente negativo, entonces aplique la definición y escriba toda la cantidad agrupada en el denominador. Si no hay agrupación, entonces aplique la definición sólo a la base que precede al exponente.

Ejemplo5.6.4

Simplificar:

(2ab)3.

Solución:

Primero, aplique la definición de −3 como exponente y luego aplique el poder de una regla de producto.

(2ab)3=1(2ab)3Applythenegativeexponent.=123a3b3Applythepowerruleforaproduct.=18a3b3

Respuesta:

18a3b3

Ejemplo5.6.5

Simplificar:

(3xy3)2.

Solución:

(3xy3)2=1(3xy3)2=1(3)2x2(y3)2=19x2y6

Respuesta:

19x2y6

Ejemplo5.6.6

Simplificar:

x3y4.

Solución:

x3y4=1x31y4=1x3y41=y4x3

Respuesta:

y4x3

El ejemplo anterior sugiere una propiedad de cocientes con exponentes negativos. Si se le dan números enterosm yn, dóndex0 yy0, entonces

xnym=ymxn

En otras palabras, los exponentes negativos en el numerador se pueden escribir como exponentes positivos en el denominador, y los exponentes negativos en el denominador se pueden escribir como exponentes positivos en el numerador.

Ejemplo5.6.7

Simplificar:

2x5y3z2.

Solución:

Cuídate con el coeficiente2; reconoce que esta es la base y que el exponente es en realidad+1:2=(2)1. De ahí que las reglas de los exponentes negativos no se apliquen a este coeficiente; déjalo en el numerador.

2x5y3z2=2x5y3z2=2y3z2x5

Respuesta:

2y3z2x5

Ejemplo5.6.8

Simplificar:

(3x4)3y2.

Solución:

(3x4)3y2=(3)3(x4)3y2Applytheproducttoapowerrule.=(3)3x12y2Powerrule=x12y2(3)3Negativeexponents=x12y227x12y227

Respuesta:

x12y227

Ejemplo5.6.9

Simplificar:

(3x2)4(2y1z3)2.

Solución:

(3x2)4(2y1z3)2=34(x2)4(2)2(y1)2(z3)2Producttoapowerrule=34x8(2)2y2z6Powerrule=(2)2z634x8y2Negativeexponents=4z681x8y2

Respuesta:

4z681x8y2

Ejemplo5.6.10

Simplificar:

(5x2y)3x5y3.

Solución:

Primero, aplicar el poder de una regla de producto y luego la regla del cociente.

(5x2)3x5y3=53x6y3x5y3=53x6(5)y3(3)=53x6+5y3+3=125x11y6

Respuesta:

125x11y6

Para resumir, tenemos las siguientes reglas para exponentes enteros negativos con bases distintas de cero:

Exponentes negativos: xn=1xn
Cocientes con exponentes negativos: xnym=ymxn
Mesa5.6.1

Ejercicio5.6.1

Simplificar:

(5xy3)25x4y4.

Contestar

y10125x6

Notación Científica

Los números reales expresados en notación científica tienen la forma

a×10n

donden es un número entero y1a<10. Esta forma es particularmente útil cuando los números son muy grandes o muy pequeños. Por ejemplo,

9,460,000,000,000,000m=9.46×1015mOnelightyear0.000000000025m=2.5×1011mRadiusofahydrogenatom

Es engorroso escribir todos los ceros en ambos casos. La notación científica es una representación alternativa y compacta de estos números. El factor10n indica la potencia de10 multiplicar el coeficiente por convertir de nuevo a forma decimal:

Captura de pantalla (388) .png
Figura5.6.2

Esto equivale a mover el decimal en el coeficiente quince lugares a la derecha. Un exponente negativo indica que el número es muy pequeño:

Captura de pantalla (389) .png
Figura5.6.3

Esto equivale a mover el decimal en el coeficiente once lugares hacia la izquierda.

Convertir un número decimal a notación científica implica mover el decimal también. Considere todas las formas equivalentes de0.00563 con factores de los10 que siguen:

0.00563=0.0563×101=0.563×102=5.63×103=56.3×104=563×105

Si bien todos estos son iguales,5.63×103 es la única forma que se considera que se expresa en notación científica. Esto se debe a que el coeficiente5.63 está entre1 y10 como lo exige la definición. Observe que podemos5.63×103 volver a convertir a forma decimal, como cheque, moviendo el decimal a los tres lugares de la izquierda.

Ejemplo5.6.11

Escribir1,075,000,000,000 usando notación científica.

Solución:

Aquí contamos doce decimales a la izquierda del punto decimal para obtener el número1.075.

1,075,000,000,000=1.075×1012

Respuesta:

1.075×1012

Ejemplo5.6.12

Escribir0.000003045 usando notación científica.

Solución:

Aquí contamos seis decimales a la derecha para obtener3.045.

0.000003045=3.045×106

Respuesta:

3.045×106

A menudo necesitaremos realizar operaciones al usar números en notación científica. Todas las reglas de exponentes desarrolladas hasta ahora también se aplican a los números en notación científica.

Ejemplo5.6.13

Multiplicar:

(4.36×105)(5.3×1012).

Solución:

Utilizar el hecho de que la multiplicación es conmutativa y aplicar la regla del producto para los exponentes.

(4.36×105)(5.3×1012)=(4.365.30)×(1051012)=23.108×105+12=2.3108×101×107=2.3108×101+7=2.3108×108

Respuesta:

2.3108×108

Ejemplo5.6.14

Dividir:

(3.24×108)÷(9.0×103).

Solución:

(3.24×108)(9.0×103)=(3.249.0)×(108103)=0.36×108(3)=0.36×108+3=3.6×101×1011=3.6×101+11=3.6×1010

Respuesta:

3.6×1010

Ejemplo5.6.15

La velocidad de la luz es de aproximadamente6.7×108 millas por hora. Exprese esta velocidad en millas por segundo.

Solución:

Un análisis unitario indica que debemos dividir el número por3,600.

6.7×108mph=6.7×108miles1hour(1hour60minutes)(1minutes60seconds)=6.7×108miles3600seconds=(6.73600)×1080.0019×108Roundedtotwosignificantdigits=1.9×103×108=1.9×103+8=1.9×105

Respuesta:

La velocidad de la luz es de aproximadamente1.9×105 millas por segundo.

Ejemplo5.6.16

¿Por qué factor es el radio del sol mayor que el radio de la tierra?

6,300,000m=6.3×106mRadiusofEarth700,000,000m=7.0×108mRadiusoftheSun

Solución:

Queremos encontrar el número que cuando se multiplica por el radio de la tierra es igual al radio del sol.

nradiusoftheEarth=radiusoftheSunn=radiusoftheSunradiusoftheEarth

Por lo tanto,

n=7.0×108m6.3×106m=7.06.3×1081061.1×1086=1.1×102=110

Ejercicio5.6.2

Dividir:

(6.75×108)÷(9×1017).

Contestar

7.5×108

Claves para llevar

  • Las expresiones con exponentes negativos en el numerador se pueden reescribir como expresiones con exponentes positivos en el denominador.
  • Las expresiones con exponentes negativos en el denominador se pueden reescribir como expresiones con exponentes positivos en el numerador.
  • Tenga cuidado de distinguir los coeficientes negativos de los exponentes negativos.
  • La notación científica es particularmente útil cuando se trabaja con números que son muy grandes o muy pequeños.

Ejercicio5.6.3 Negative Exponents

Simplificar. (Supongamos que las variables son distintas de cero.)

  1. 51
  2. 52
  3. (7)1
  4. 71
  5. 123
  6. 532
  7. (35)2
  8. (12)5
  9. (23)4
  10. (13)3
  11. x4
  12. y1
  13. 3x5
  14. (3x)5
  15. 1y3
  16. 52x1
  17. x1y2
  18. 1(xy)4
  19. x2y3z5
  20. xy3
  21. (ab)1
  22. 1(ab)1
  23. 5x3y2z4
  24. 32x3y5z
  25. 3x4y22x1y3
  26. 10a2b32a8b10
  27. (2a3)2
  28. (3x2)1
  29. (5a2b3c)2
  30. (7r3s5t)3
  31. (2r2s0t3)1
  32. (2xy3z2)3
  33. (5a2b3c0)4
  34. (x2y3z4)7
  35. (12x3)5
  36. (2xy2)2
  37. (x2y1)4
  38. (3a2bc5)5
  39. (20x3y25yz1)1
  40. (4r5s3t42r3st0)3
  41. (2xy3z1y2z3)3
  42. (3a2bcab0c4)2
  43. (xyzx4y2z3)4
  44. (125x3y4z55x2y4(x+y)3)0
  45. (xn)2
  46. (xnyn)2
Contestar

1. 15

3. 17

5. 8

7. 259

9. 8116

11. 1x4

13. 3x5

15. y3

17. y2x

19. x2z5y3

21. 1ab

23. 5y2x3z4

25. 6y5x5

27. a64

29. b625a4c2

31. t32r2

33. 625a8b12

35. 32x15

37. y4x8

39. x34yz

41. z128x3y3

43. x12z8y12

45. 1x2n

Ejercicio5.6.4 Negative Exponents

El valor en dólares de un nuevo reproductor MP3 se puede estimar utilizando la fórmulaV=100(t+1)1, dondet está el número de años después de la compra.

  1. ¿Cuánto valía el reproductor MP3 nuevo?
  2. ¿Cuánto valdrá el reproductor MP3 en el1 año?
  3. ¿Cuánto valdrá el reproductor MP3 en4 años?
  4. ¿Cuánto valdrá el reproductor MP3 en9 años?
  5. ¿Cuánto valdrá el reproductor MP3 en99 años?
  6. De acuerdo con la fórmula, ¿alguna vez el MP3 será inútil? Explicar.
Contestar

1. $100

3. $20

5. $1

Ejercicio5.6.5 Scientific Notation

Convertir a un número decimal.

  1. 9.3×109
  2. 1.004×104
  3. 6.08×1010
  4. 3.042×107
  5. 4.01×107
  6. 1.0×1010
  7. 9.9×103
  8. 7.0011×105
Responder

1. 9,300,000,000

3. 60,800,000,000

5. 0.000000401

7. 0.0099

Ejercicio5.6.6 Scientific Notation

Reescribir usando notación científica.

  1. 500,000,000
  2. 407,300,000,000,000
  3. 9,740,000
  4. 100,230
  5. 0.0000123
  6. 0.000012
  7. 0.000000010034
  8. 0.99071
Responder

1. 5×108

3. 9.74×106

5. 1.23×105

7. 1.0034×108

Ejercicio5.6.7 Scientific Notation

Realizar las operaciones indicadas.

  1. (3×105)(9×104)
  2. (8×1022)(2×1012)
  3. (2.1×1019)(3.0×108)
  4. (4.32×107)(1.50×1018)
  5. 9.12×1093.2×1010
  6. 1.15×1092.3×1011
  7. 1.004×1082.008×1014
  8. 3.276×10255.2×1015
  9. 59,000,000,000,000×0.000032
  10. 0.0000000000432×0.0000000000673
  11. 1,030,000,000,000,000,000÷2,000,000
  12. 6,045,000,000,000,000÷0.00000005
  13. La densidad poblacional de la tierra se refiere al número de personas por milla cuadrada de superficie terrestre. Si la superficie total de tierra en la tierra es de millas5.751×107 cuadradas y se estimó que la población en 2007 era de6.67×109 personas, entonces calcula la densidad poblacional de la tierra en ese momento.
  14. En 2008 se estimó que la población de la ciudad de Nueva York era de8.364 millones de personas. La superficie total del terreno es de millas305 cuadradas. Calcular la densidad poblacional de la ciudad de Nueva York.
  15. La masa de tierra es5.97×1024 kilogramos y la masa de la luna es7.35×1022 kilogramos. ¿Por qué factor es mayor la masa de la tierra que la masa de la luna?
  16. La masa del sol es1.99×1030 kilogramos y la masa de tierra es5.97×1024 kilogramos. ¿Por qué factor es mayor la masa del sol que la masa de la tierra? Exprese su respuesta en notación científica.
  17. El radio del sol es de4.322×105 millas y la distancia promedio de la tierra a la luna es de2.392×105 millas. ¿En qué factor es el radio del sol mayor que la distancia promedio de la tierra a la luna?
  18. Un año luz,9.461×1015 metros, es la distancia que la luz recorre al vacío en un año. Si se estima que la distancia a la estrella más cercana a nuestro sol, Próxima Centauri, es de3.991×1016 metros, entonces calcula el número de años que tomaría luz recorrer esa distancia.
  19. Se estima que hay alrededor de un1 millón de hormigas por persona en el planeta. Si la población mundial se estimó en6.67 mil millones de personas en 2007, entonces estime la población mundial de hormigas en ese momento.
  20. El sol se mueve alrededor del centro de la galaxia en una órbita casi circular. La distancia desde el centro de nuestra galaxia hasta el sol es aproximadamente de años26,000 luz. ¿Cuál es la circunferencia de la órbita del sol alrededor de la galaxia en metros?
  21. El agua pesa aproximadamente18 gramos por mol. Si un mol se trata de6×1023 moléculas, entonces aproxima el peso de cada molécula de agua.
  22. Un gigabyte es1×109 bytes y un megabyte es1×106 bytes. Si la canción promedio en formato MP3 consume alrededor de4.5 megabytes de almacenamiento, entonces ¿cuántas canciones caben en una tarjeta de memoria de4 -gigabyte?
Responder

1. 2.7×1010

3. 6.3×1011

5. 2.85×1019

7. 5×105

9. 1.888×109

11. 5.15×1011

13. Acerca de116 personas por milla cuadrada

15. 81.2

17. 1.807

19. 6.67×1015hormigas

21. 3×1023gramos


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