初一数学第二章“有理数的运算”里,有一节内容看起来不起眼,课时也不多,但它的影响会贯穿整个初中数学。
这一节叫“乘方”。
很多初一学生学乘方的时候,觉得就是“几个相同的数相乘”,比加减法还简单。不就是2×2×2=8吗?有什么难的?
但到了初二、初三再回头看,会发现一个残酷的事实:乘方这一节埋下的坑,会在后面三年里反复发作。
一、初二最先“遭殃”:整式乘除和幂的运算
初二上学期,人教版教材进入“整式的乘法与因式分解”一章。这一章的核心内容是什么?幂的运算性质。
同底数幂相乘、幂的乘方、积的乘方——这些公式的推导和运用,全部建立在初一乘方概念的基础上。
如果初一学乘方时,只是记住了“2³=8”,而没有真正理解底数、指数、幂之间的关系,到了初二就会遇到一连串的问题:
同底数幂相乘,为什么底数不变、指数相加? 因为 aᵐ 表示m个a相乘,aⁿ 表示n个a相乘,乘在一起就是(m+n)个a相乘。如果初一时乘方的意义没搞清楚,这个公式就只能死记硬背,用起来心里没底。
积的乘方,为什么每个因式都要乘方? (ab)³ 是三个ab相乘,展开就是a·a·a·b·b·b,所以等于a³b³。这个推导过程,用的正是初一乘方的定义。
更麻烦的是符号问题。初一学乘方时留下的那个经典错误——(-2)²和-2²分不清——到了初二会以更隐蔽的方式出现。
比如计算 (-a)² 和 -a²,前者是a²,后者是-a²。在整式乘除中,这个符号错误会被带入更复杂的式子,一步错,步步错。
有经验的初二老师会发现:整式乘除学得吃力的学生,十有八九在初一乘方这一节就有漏洞。
二、初三的“总账”:二次函数、一元二次方程、相似
到了初三,乘方的影响从“运算层面”上升到“函数和方程层面”。
二次函数,核心是y=ax²+bx+c。 这里的x²就是乘方。二次函数的图象为什么是抛物线?开口方向由a的正负决定,开口大小由|a|决定——这些性质的理解,离不开对“平方”这个运算本质的把握。
x²永远非负,所以二次函数有最小值;a决定开口方向和开口大小。这些在初三学二次函数时反复用到的结论,根源都在初一乘方的定义里。
一元二次方程,ax²+bx+c=0。 解方程要用配方法、公式法、因式分解法,每一种方法都离不开对x²的处理。尤其是直接开平方法,x²=9,x=±3——这里“平方等于9的数有两个”,对应的正是初一乘方中“负数的偶次幂为正”这个知识点。
相似三角形,面积比等于相似比的平方。 这个“平方”从哪来?本质上是乘方运算在几何中的应用。如果初一乘方没学透,初三学到相似三角形面积比的时候,就只能是“记住结论”,而不知道结论怎么来的。
甚至到了高中,指数函数、对数函数、幂函数,全部建立在乘方概念之上。初一这一节没打牢,影响远不止初中三年。
三、一个经典错误,三个年级都在犯
(-2)²和-2²的区别,是初中数学最经典的“送命题”之一。
初一第一次月考考它,初二整式乘除里以(-a)²和-a²的形式考它,初三二次函数里以“a²和(-a)²”的形式考它。
这个错误的本质是什么?是对“底数”的理解不到位。
(-2)²的底数是-2,负号在括号里面,是整个底数的一部分,平方后得正,结果是4。
-2²的底数是2,负号在括号外面,表示“2的平方的相反数”,结果是-4。
初一学乘方时,如果只是机械地记“负负得正”,而没有真正理解“底数是什么”,到了初二初三,遇到字母代替数字的情况,就会彻底懵掉。
(-a)²的底数是-a,结果是a²;-a²的底数是a,结果是-a²。字母前面的负号和数字前面的负号,道理完全一样。但很多学生到了初三,还在这个问题上反复出错。
四、初一该怎么打这个基础
如果你现在是初一,正在学乘方这一节,或者第一次月考在乘方相关题目上丢了分,下面三件事值得认真做。
第一,把乘方的定义真正搞懂。 不要只记“几个相同的数相乘”,要能用自己的话解释:底数是什么,指数是什么,幂是什么。aⁿ表示n个a相乘,这个“n个a”里的每一个a都包含它前面的符号,这是理解(-2)²和-2²区别的关键。
第二,符号规则要练到条件反射。 负数的偶次幂为正,奇次幂为负。这个规则不能只背,要在具体题目中反复练。每天做5道含负号的乘方题,连续做一周,直到看到(-3)⁴能立刻反应出结果是81,看到-3⁴能立刻反应出结果是-81。
第三,不要跳步。 初一计算题中,乘方往往和加减乘除混在一起。运算顺序是先乘方、再乘除、最后加减。很多学生为了赶时间,乘方还没算完就往下走,结果符号搞错了。慢一点,把每一步写清楚,比快而错强得多。
五、给初二初三学生的补救建议
如果你已经初二初三,发现自己在整式乘除、二次函数、一元二次方程这些章节学得吃力,不妨回头翻一翻初一的乘方那一节。
幂的运算性质记不住? 回到初一,重新理解“aⁿ表示n个a相乘”这句话。所有的运算法则,都是从这句话推导出来的。
二次函数图象性质搞不清? 回到初一,重新理解“平方”这个运算。x²永远非负,所以抛物线有最低点;a决定开口方向,因为a是平方项的系数。
一元二次方程解不明白? 回到初一,重新理解“平方等于一个正数的数有两个”。x²=9,x=±3,这个“±”从哪来?从“负数的偶次幂为正”来。
初中数学的知识是环环相扣的。初一乘方这一节,看似只是“数的运算”,实则是整个初中代数体系的基石。
最后说一句
初一学乘方的时候,觉得它简单,是因为它只是“数”的运算。到了初二初三,当它变成“式”的运算、变成函数和方程的一部分,难度才真正显现出来。
但那时候再补,成本就高了。
乘方这一节,初一学的是运算,初二用的是性质,初三考的是综合。 现在花一小时把底数、指数、符号规则搞透,比初三花十小时去补漏洞划算得多。
基础不牢,地动山摇。乘方这一节,值得每一个初一学生认真对待。