指数 3). 指数で0乗が常に1となるのはなぜ?

指数と対数

何でどんな数字でも0乗にすると1なの?

0のかけ算はなんでも0になるのに、0乗になるとなんで全部1なの?と聞かれた。

ルールみたいなものなんでしょ?と。いやいや、定義通りの単純な計算結果

つまり、

\( a^b= \underbrace{a~\sf{x}~\it{a}~\sf{x}~\cdots~\sf{x}~\it{a}}_\sf{aがb個} \)

\( a^{-b}=\displaystyle\frac{1}{a^b}=\displaystyle\frac{1}{\underbrace{a~\sf{x}~\it{a}~\sf{x}~\cdots~\sf{x}~\it{a}}_\sf{分母にaがb個}} \)

を使い、a0を計算すれば

\(
\require{cancel}
a^0=a^{(b-b)}=a^b \cdot a^{(-b)}=\displaystyle\frac{\bcancel{a~\sf{x}~\it{a}~\sf{x}~\cdots~\sf{x}~\it{a}}}{\bcancel{a~\sf{x}~\it{a}~\sf{x}~\cdots~\sf{x}~\it{a}}} = 1
\)

分母と分子に同じ数のaが並ぶので、そのまま約分されて1になるだけ

一旦わかるとなーんだとなるんだけど、マイナスの指数が逆数(分母)になるところは、少し特殊な感じがするらしい。

で、少し詳細に

指数のひき算

指数部分の”-”(マイナス)の仕組み。

具体的に、a-2で求めてみる。まず単純な引き算( 4=6 -2)を指数に入れ込む。

a4 = a6-2 = a6 x a-2

べき乗の計算に従って掛け合わせると

a4 = a6 x a-2 =(a x a x a x a x a x a) x a-2 ・・・ ①

-> 注:a-2はわからないので、一旦そのままにして求めれば

a4= a x a x a x a を①式に代入すれば、

a4= a x a x a x a
=(a x a x a x a x a x a) x a-2

ここから、a-2を計算すると

\(
\require{cancel}
a^{(-2)}=\displaystyle\frac{\bcancel{a~\sf{x}~\it{a}~\sf{x}~\it{a}~\sf{x}~\it{a}}}{\bcancel{a~\sf{x}~\it{a}~\sf{x}~\it{a}~\sf{x}~\it{a}}~\sf{x}~\it{a}~\sf{x}~\it{a}} =\displaystyle\frac{1}{a^2}
\)

つまり

\( a^{-2}=\displaystyle\frac{1}{a^2} \)

これが、計算結果で逆数になる仕組み。。

さて、一般的には、

\( a^{-b}=\displaystyle\frac{1}{a^b} \)

これを使って、指数をm-n とすれば

\( a^{m-n}=a^m ~\sf{x}~\it a^{-n}=\displaystyle\frac{a^m}{a^n} \)

さてさて、お題のa0 =1は、この式で、m=nの場合。

\( a^{0}=a^{m-m}=\displaystyle\frac{a^m}{a^m} =1\)

底がなんであれ、0乗は常に”1”となる

その他の補足:べき乗(指数)の見方と指数の四則演算の説明

指数の見方、四則演算(たし算、ひき算、かけ算、わり算)については以下で詳細に

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