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Potenzgesetze

Ein Exponent sagt, wie oft die Basis mit sich selbst multipliziert wird. Gleiche Basis: multiplizieren → Exponenten addieren, dividieren → subtrahieren, Potenz einer Potenz → multiplizieren. a⁰ = 1, a⁻ⁿ = 1/aⁿ und a^(1/n) ist die n-te Wurzel.

🎬 Geschichte Schritt für Schritt

  1. Eine Potenz ist wiederholtes Multiplizieren. 2³ bedeutet 2 × 2 × 2. Jeder Block ist eine 2. Zähle die Blöcke: Der Exponent ist 3.
  2. Potenzen mit gleicher Basis multiplizieren: 2³ × 2². Die zwei Reihen werden zu einer Reihe mit 5 Blöcken. Wir addieren also die Exponenten: 2⁵.
  3. Dividieren: 2⁵ ÷ 2². Zwei Blöcke oben kürzen sich mit zwei Blöcken unten. Drei Blöcke bleiben: 2³. Wir subtrahieren also die Exponenten.
  4. Potenz einer Potenz: (2²)³ bedeutet drei Gruppen mit je zwei Blöcken. Das sind 6 Blöcke: 2⁶. Wir multiplizieren also die Exponenten.
  5. Teile immer weiter durch 2: 2³, 2², 2¹, dann 2⁰ = 1. Ein Schritt mehr ergibt 2⁻¹ = 1/2. Ein negativer Exponent bedeutet „eins durch“.
  6. Freies Spiel: Wähle ein Gesetz, ändere Basis und Exponenten und sieh zu, wie sich Blöcke und Rechenweg gemeinsam ändern.

Tipp: Zieh die 3D-Szene, um sie zu drehen. Mit zwei Fingern zoomst du.

🤔 Häufige Zweifel, geklärt

Warum addiert man die Exponenten beim Multiplizieren?

Jeder Exponent zählt Faktoren. Legt man 3 Faktoren neben 2 Faktoren, hat man 5 Faktoren, also addiert man.

Warum darf ich bei 2³ × 3² die Exponenten nicht addieren?

Die Blöcke sind von verschiedener Art (Zweien und Dreien). Sie bilden keine Reihe aus demselben Faktor, deshalb lassen sie sich nicht zu einer Potenz zusammenfassen.

Warum ist a⁰ gleich 1 und nicht 0?

Jeder Schritt nach unten teilt durch die Basis. Von 2¹ = 2 ergibt das Teilen durch 2 die Zahl 1, nicht 0. Das ist 2⁰.

Ist 2⁻³ eine negative Zahl?

Nein. Das Minus im Exponenten bedeutet „eins durch“: 2⁻³ = 1/8, und das ist positiv.

Warum multipliziert man die Exponenten bei (aᵐ)ⁿ?

Es sind n Gruppen mit je m Faktoren. n Gruppen mit m Faktoren sind m × n Faktoren.

Wann subtrahiere ich Exponenten?

Wenn du Potenzen mit gleicher Basis dividierst; gleiche Faktoren oben und unten kürzen sich.

Was ist ein Exponent?

In aⁿ ist a die Basis und n der Exponent (auch Hochzahl genannt). Es bedeutet: a wird n-mal mit sich selbst multipliziert.

Beispiel: 5³ = 5 × 5 × 5 = 125. Man liest „5 hoch 3“.

Achte auf das Vorzeichen: (−3)² = 9, aber −3² = −9, denn ohne Klammern gehört der Exponent nur zur 3.

Die wichtigsten Gesetze (gleiche Basis)

Die Gesetze gelten nur, wenn die Basen gleich sind (bei den letzten beiden: wenn die Exponenten gleich sind). 2³ × 3² lässt sich nicht zu einer einzigen Potenz zusammenfassen.

Null und negative (ganzzahlige) Exponenten

Wende das Quotientengesetz auf a⁵ ÷ a⁵ an. Das Ergebnis muss 1 sein (etwas geteilt durch sich selbst), und das Gesetz liefert a⁰. Also gilt a⁰ = 1 für a ≠ 0.

Nun ist a² ÷ a⁵ = a⁻³, durch Kürzen erhält man aber 1/a³. Also gilt a⁻ⁿ = 1/aⁿ. Ein negativer Exponent macht die Zahl nicht negativ: 2⁻³ = 1/8.

Ein nützlicher Trick: (a/b)⁻ⁿ = (b/a)ⁿ. Stelle den Bruch auf den Kopf und mache den Exponenten positiv.

Die Standardform nutzt das: 0.00045 = 4.5 × 10⁻⁴.

Rationale (gebrochene) und reelle Exponenten

(a^(1/2))² = a^1 = a, also muss a^(1/2) gleich √a sein. Allgemein gilt a^(1/n) = ⁿ√a und a^(m/n) = (ⁿ√a)ᵐ für a > 0.

Beispiel: 8^(2/3) = (∛8)² = 2² = 4. Ziehe zuerst die Wurzel: Die Zahlen bleiben klein.

Alle Gesetze gelten auch für rationale Exponenten. Bei irrationalen Exponenten wie 2^√2 kommen wir immer näher heran mit 2^1.4, 2^1.41, 2^1.414 ... Die Gesetze gelten also für alle reellen Exponenten (bei positiver Basis).

Einfache Exponentialgleichungen

Wenn zwei Potenzen mit derselben Basis gleich sind, sind auch ihre Exponenten gleich: Aus aˣ = aʸ (a > 0, a ≠ 1) folgt x = y.

Beispiel: 3ˣ⁺¹ = 81 = 3⁴, also x + 1 = 4 und x = 3.

Beispiel: 4ˣ = 32. Schreibe beides als Zweierpotenz: 2²ˣ = 2⁵, also 2x = 5 und x = 2.5.

Alltag: Bakterien, die sich jede Stunde verdoppeln: N = 100 × 2ᵗ. Wann ist N = 3200? 2ᵗ = 32 = 2⁵, also t = 5 Stunden.

Wichtige Formeln und Definitionen

Gelöste Beispiele

1. Vereinfache 3⁴ × 3².

Gleiche Basis, multiplizieren → Exponenten addieren: 3⁴⁺² = 3⁶ = 729.

2. Vereinfache 7⁸ ÷ 7⁵.

Gleiche Basis, dividieren → Exponenten subtrahieren: 7⁸⁻⁵ = 7³ = 343.

3. Berechne (2³)² × 2⁻⁴.

(2³)² = 2⁶. Dann 2⁶ × 2⁻⁴ = 2² = 4.

4. Berechne (2/5)⁻².

Bruch umdrehen und Exponent positiv machen: (5/2)² = 25/4 = 6.25.

5. Berechne 27^(2/3) + 16^(−1/2).

27^(2/3) = (∛27)² = 3² = 9. 16^(−1/2) = 1/√16 = 1/4. Summe = 9.25.

6. Vereinfache (x³y⁻²)² ÷ (x²y)⁻¹ und schreibe das Ergebnis mit positiven Exponenten.

(x³y⁻²)² = x⁶y⁻⁴. Das Teilen durch (x²y)⁻¹ ist das Multiplizieren mit x²y. Also x⁸y⁻³ = x⁸/y³.

7. Löse 2ˣ × 4 = 128.

4 = 2², 128 = 2⁷. Also 2ˣ⁺² = 2⁷, x + 2 = 7, x = 5.

Häufige Fehler

Übungsquiz

1. 5³ × 5⁴ ergibt
2. (3²)⁴ ergibt
3. 10⁰ ergibt
4. 4⁻² ergibt
5. 9^(1/2) ergibt

Üben: Beantworte diese selbst

Tippe oder wähle deine Antwort und drücke dann Prüfen. Nutze einen Tipp, wenn du nicht weiterkommst; die ganze Lösung erscheint nach deiner Antwort.

Häufig gestellte Fragen

Was sind die Potenzgesetze?

Bei gleicher Basis: aᵐ × aⁿ = aᵐ⁺ⁿ, aᵐ ÷ aⁿ = aᵐ⁻ⁿ, (aᵐ)ⁿ = aᵐⁿ; außerdem (ab)ⁿ = aⁿbⁿ, a⁰ = 1, a⁻ⁿ = 1/aⁿ und a^(1/n) = ⁿ√a.

Sind „Potenzgesetze“ und „Gesetze der Indizes“ dasselbe?

Ja. „Index“ und „Exponent“ sind zwei Namen für dieselbe kleine hochgestellte Zahl.

Was bedeutet ein gebrochener Exponent?

Der Nenner ist eine Wurzel und der Zähler eine Potenz: a^(m/n) = (ⁿ√a)ᵐ. Zum Beispiel 25^(1/2) = 5.

Wo das unterrichtet wird

Canada (Ontario)Grade 9B. Number
ItalyScuola secondaria di primo grado – classe 3ªNumbers
PolandSzkoła podstawowa, klasa VIIPowers with rational bases
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IReal numbers
Ukraine8 класAlgebraic expressions
CBSE (India)Class 8Power Play
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 8Expressions and Equations (8.EE)
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 9Linear and exponential relationships
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 10Extending the number system
South Korea중학교 2학년Expressions
South Korea고등학교 2학년Exponential and logarithmic functions
South Korea고등학교 3학년Exponential and logarithmic functions
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 9Power functions and extended exponents
FranceTroisièmeNumbers and calculations
FranceSecondeNumbers, calculations and algebra
Russia7 классNumbers and calculations
Russia8 классAlgebraic expressions
Russia8 классNumbers and calculations
Russia9 классNumbers and calculations
Russia10 классNumbers and calculations
Russia10 классNumbers and calculations
China八年级(初二)Ch.16 Multiplying polynomials
China八年级(初二)Ch.18 Fractional expressions
China高一Ch.4 Exponential and logarithmic functions

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