۱- حاصل عبارتهای زیر را به دست آورید:
الف) $ \frac{۳^{-۵} \times ۱۰^{-۵} \times ۲۵}{۴^{-۵} \times ۱۵^{-۵}} $
ب) $ \frac{۸^{-۱} \times ۴^۲}{۲^{-۴} \times \frac{۱}{۸}} $
پاسخ تشریحی:
**الف) $ \frac{۳^{-۵} \times ۱۰^{-۵} \times ۲۵}{۴^{-۵} \times ۱۵^{-۵}} $**
* با استفاده از قانون $a^n \times b^n = (ab)^n$ صورت و مخرج را ساده میکنیم:
$ \frac{(۳ \times ۱۰)^{-۵} \times ۲۵}{(۴ \times ۱۵)^{-۵}} = \frac{۳۰^{-۵} \times ۲۵}{۶۰^{-۵}} $
* با استفاده از قانون $ \frac{a^n}{b^n} = (\frac{a}{b})^n $ کسر را ساده میکنیم:
$ (\frac{۳۰}{۶۰})^{-۵} \times ۲۵ = (\frac{۱}{۲})^{-۵} \times ۲۵ $
* با استفاده از قوانین توان منفی و محاسبه:
$ (۲)^۵ \times ۲۵ = ۳۲ \times ۲۵ = ۸۰۰ $
**ب) $ \frac{۸^{-۱} \times ۴^۲}{۲^{-۴} \times \frac{۱}{۸}} $**
* تمام اعداد را به صورت توانی از پایهی مشترک ۲ مینویسیم:
$ ۸ = ۲^۳ $, $ ۴ = ۲^۲ $, $ \frac{۱}{۸} = ۲^{-۳} $
* عبارت را بازنویسی میکنیم:
$ \frac{(۲^۳)^{-۱} \times (۲^۲)^۲}{۲^{-۴} \times ۲^{-۳}} = \frac{۲^{-۳} \times ۲^۴}{۲^{-۷}} $
* صورت را ساده میکنیم:
$ \frac{۲^{-۳+۴}}{۲^{-۷}} = \frac{۲^۱}{۲^{-۷}} $
* با استفاده از قانون تقسیم، توانها را کم میکنیم:
$ ۲^{۱ - (-۷)} = ۲^{۱+۷} = ۲^۸ = ۲۵۶ $
۲- کدام یک درست و کدام یک نادرست است؟
پاسخ تشریحی:
* **$ ۵/۹ \times ۱۰^{-۱} = ۰/۵۹ $ (درست)**
* توان $ -۱ $ ممیز را یک رقم به چپ حرکت میدهد.
* **$ ۱/۰۲ \times ۱۰^{-۵} = ۰/۰۰۰۰۰۱۰۲ $ (نادرست)**
* **صحیح:** $ ۱/۰۲ \times ۱۰^{-۵} = ۰.۰۰۰۰۱۰۲ $ (ممیز باید ۵ رقم به چپ برود).
* **$ ۷/۰۰۴ \times ۱۰^{-۲} = ۰/۰۷۰۰۴ $ (درست)**
* توان $ -۲ $ ممیز را دو رقم به چپ حرکت میدهد.
* **$ ۴/۳ \times ۱۰^۳ = ۴۳۰۰ $ (درست)**
* توان $ ۳ $ ممیز را سه رقم به راست حرکت میدهد.
* **$ ۸/۲۵۷۰ \times ۱۰^۴ = ۸۲۵۷۰ $ (درست)**
* توان $ ۴ $ ممیز را چهار رقم به راست حرکت میدهد.
* **$ ۶/۱۸ \times ۱۰^۷ = ۶۱۸۰۰۰۰۰ $ (درست)**
* توان $ ۷ $ ممیز را هفت رقم به راست حرکت میدهد.
۳- شعاع خورشید تقریباً ۶۹۵۰۰۰ کیلومتر است؛ این عدد را با نماد علمی نمایش دهید.
پاسخ تشریحی:
نماد علمی یک عدد به صورت $ a \times ۱۰^n $ است که در آن $ ۱ \leq |a| < ۱۰ $.
۱. **عدد اصلی:** $ ۶۹۵,۰۰۰ $
۲. **پیدا کردن a:** ممیز اعشار را (که در انتهای عدد قرار دارد) به سمت چپ حرکت میدهیم تا بعد از اولین رقم غیرصفر (یعنی ۶) قرار گیرد. پس $ a = ۶.۹۵ $.
۳. **پیدا کردن n:** برای رسیدن از $۶۹۵,۰۰۰$ به $۶.۹۵$، ممیز را **۵ رقم** به چپ جابجا کردیم. حرکت به چپ به معنای توان **مثبت** است.
**پاسخ:** $ ۶.۹۵ \times ۱۰^۵ $ کیلومتر
۴- اندازهی یک باکتری ۰/۰۰۰۰۰۵ متر است؛ این عدد را با نماد علمی نمایش دهید.
پاسخ تشریحی:
نماد علمی یک عدد به صورت $ a \times ۱۰^n $ است که در آن $ ۱ \leq |a| < ۱۰ $.
۱. **عدد اصلی:** $ ۰.۰۰۰۰۰۵ $
۲. **پیدا کردن a:** ممیز اعشار را به سمت راست حرکت میدهیم تا بعد از اولین رقم غیرصفر (یعنی ۵) قرار گیرد. پس $ a = ۵ $.
۳. **پیدا کردن n:** برای رسیدن از $۰.۰۰۰۰۰۵$ به $۵$, ممیز را **۶ رقم** به راست جابجا کردیم. حرکت به راست به معنای توان **منفی** است.
**پاسخ:** $ ۵ \times ۱۰^{-۶} $ متر
۵- قطر خورشید حدود $۱/۴ \times ۱۰^۹$ متر و قطر زمین حدود $۱/۳ \times ۱۰^۷$ متر است. قطر خورشید تقریباً چند برابر قطر زمین است؟
پاسخ تشریحی:
برای پیدا کردن اینکه قطر خورشید چند برابر قطر زمین است، باید این دو مقدار را بر هم تقسیم کنیم:
$ \text{نسبت} = \frac{\text{قطر خورشید}}{\text{قطر زمین}} = \frac{۱.۴ \times ۱۰^۹}{۱.۳ \times ۱۰^۷} $
برای سادگی، ضرایب و توانهای ۱۰ را جداگانه محاسبه میکنیم:
* **تقسیم ضرایب:** $ \frac{۱.۴}{۱.۳} \approx ۱.۰۷۷ $
* **تقسیم توانها:** $ \frac{۱۰^۹}{۱۰^۷} = ۱۰^{۹-۷} = ۱۰^۲ = ۱۰۰ $
حالا نتایج را در هم ضرب میکنیم:
$ \text{نسبت} \approx ۱.۰۷۷ \times ۱۰۰ = ۱۰۷.۷ $
**نتیجه:** قطر خورشید تقریباً **۱۰۸ برابر** قطر زمین است.
۶- حاصل عبارتهای زیر را به دست آورید و به صورت نماد علمی نمایش دهید:
پاسخ تشریحی:
* **$ (۲ \times ۱۰^{-۷}) \times (۴ \times ۱۰^۹) $**
۱. ضرایب را در هم و توانها را در هم ضرب میکنیم: $ (۲ \times ۴) \times (۱۰^{-۷} \times ۱۰^۹) $
۲. حاصل: $ ۸ \times ۱۰^{-۷+۹} = ۸ \times ۱۰^۲ $
۳. چون $ ۱ \leq ۸ < ۱۰ $ است، این عدد در حالت نماد علمی استاندارد قرار دارد.
**پاسخ:** $ ۸ \times ۱۰^۲ $
* **$ \frac{۱۲.۵ \times ۱۰^{-۴}}{۲۵ \times ۱۰^{-۱۹}} $**
۱. ضرایب را بر هم و توانها را بر هم تقسیم میکنیم: $ (\frac{۱۲.۵}{۲۵}) \times (\frac{۱۰^{-۴}}{۱۰^{-۱۹}}) $
۲. حاصل: $ ۰.۵ \times ۱۰^{-۴ - (-۱۹)} = ۰.۵ \times ۱۰^{۱۵} $
۳. حاصل به دست آمده ($۰.۵ \times ۱۰^{۱۵}$) در حالت نماد علمی استاندارد نیست، زیرا $۰.۵ < ۱$. برای اصلاح آن، ضریب را به $۵$ تبدیل میکنیم:
$ ۰.۵ = ۵ \times ۱۰^{-۱} $
$ (۵ \times ۱۰^{-۱}) \times ۱۰^{۱۵} = ۵ \times ۱۰^{-۱+۱۵} = ۵ \times ۱۰^{۱۴} $
**پاسخ:** $ ۵ \times ۱۰^{۱۴} $
۷- فاصلهی مریخ از زمین $۹/۱۷ \times ۱۰^۷$ کیلومتر و فاصلهی کیوان از زمین $۶/۲۸۷ \times ۱۰^۸$ کیلومتر است. با مقایسهی این دو عدد مشخص کنید کدام سیاره به زمین نزدیکتر است؟
پاسخ تشریحی:
برای مقایسهی دو عدد در نماد علمی، ابتدا **توان عدد ۱۰** را مقایسه میکنیم. هر عددی که توان ۱۰ کوچکتری داشته باشد، مقدارش کمتر است.
* **فاصلهی مریخ:** $ ۹.۱۷ \times ۱۰^۷ $ کیلومتر (توان ۷)
* **فاصلهی کیوان (زحل):** $ ۶.۲۸۷ \times ۱۰^۸ $ کیلومتر (توان ۸)
چون توان فاصلهی مریخ ($۷$) از توان فاصلهی کیوان ($۸$) کوچکتر است، پس فاصلهی مریخ از زمین کمتر است.
**نتیجه:** **مریخ** به زمین نزدیکتر است.
۸- در جاهای خالی حداقل ۳ عدد صحیح مختلف قرار دهید تا نامساوی درست باشد.
پاسخ تشریحی:
* **$ ۰.۰۳ \times ۱۰^{\bigcirc} > ۰.۰۲ $**
۱. طرفین را بر $۰.۰۳$ تقسیم میکنیم: $ ۱۰^{\bigcirc} > \frac{۰.۰۲}{۰.۰۳} = \frac{۲}{۳} $
۲. باید توانهایی از ۱۰ را پیدا کنیم که از $ \frac{۲}{۳} $ (حدود ۰.۶۷) بزرگتر باشند.
۳. $۱۰^۰=۱$, $۱۰^۱=۱۰$, $۱۰^۲=۱۰۰$. همگی بزرگتر از $ \frac{۲}{۳} $ هستند.
**پاسخ:** اعداد صحیح **۰, ۱, ۲** (و هر عدد صحیح بزرگتر از صفر).
* **$ ۲.۷ \times ۱۰^{\bigcirc} > ۰.۰۲ $**
۱. طرفین را بر $۲.۷$ تقسیم میکنیم: $ ۱۰^{\bigcirc} > \frac{۰.۰۲}{۲.۷} = \frac{۲}{۲۷۰} = \frac{۱}{۱۳۵} $
۲. باید توانهایی از ۱۰ را پیدا کنیم که از $ \frac{۱}{۱۳۵} $ (حدود ۰.۰۰۷۴) بزرگتر باشند.
۳. $۱۰^۰=۱$, $۱۰^{-۱}=۰.۱$, $۱۰^{-۲}=۰.۰۱$. همگی بزرگتر از $ \frac{۱}{۱۳۵} $ هستند. (اما $۱۰^{-۳}=۰.۰۰۱$ کوچکتر است).
**پاسخ:** اعداد صحیح **-۲, -۱, ۰** (و هر عدد صحیح بزرگتر از ۲-).
۹- عددهای زیر را از کوچک به بزرگ مرتب کنید:
$ ۱/۵ \times ۱۰^{-۲} $, $ ۱/۲ \times ۱۰^۶ $, $ ۵/۳۵ \times ۱۰^{-۳} $, $ ۳/۷ \times ۱۰^{-۲} $
پاسخ تشریحی:
برای مرتب کردن اعداد در نماد علمی، از روش زیر استفاده میکنیم:
۱. ابتدا اعداد را بر اساس **توان ۱۰** مرتب میکنیم. توان کوچکتر، عدد کوچکتر را نشان میدهد.
۲. اگر توانها برابر بودند، **ضرایب** آنها را مقایسه میکنیم.
اعداد داده شده:
* A) $ ۱.۵ \times ۱۰^{-۲} $ (توان: -۲)
* B) $ ۱.۲ \times ۱۰^۶ $ (توان: ۶)
* C) $ ۵.۳۵ \times ۱۰^{-۳} $ (توان: -۳)
* D) $ ۳.۷ \times ۱۰^{-۲} $ (توان: -۲)
**مرتبسازی:**
* کوچکترین توان، $ -۳ $ است. پس کوچکترین عدد $ ۵.۳۵ \times ۱۰^{-۳} $ میباشد.
* بعد از آن، دو عدد با توان $ -۲ $ داریم. باید ضرایب آنها را مقایسه کنیم: $ ۱.۵ < ۳.۷ $. پس $ ۱.۵ \times ۱۰^{-۲} $ کوچکتر از $ ۳.۷ \times ۱۰^{-۲} $ است.
* بزرگترین توان، $ ۶ $ است. پس بزرگترین عدد $ ۱.۲ \times ۱۰^۶ $ میباشد.
**ترتیب نهایی از کوچک به بزرگ:**
$ ۵.۳۵ \times ۱۰^{-۳} < ۱.۵ \times ۱۰^{-۲} < ۳.۷ \times ۱۰^{-۲} < ۱.۲ \times ۱۰^۶ $