Umocňovanie

Umocňovanie je matematická funkcia, ktorá vyjadruje opakované násobenie. Umocňovanie je s násobením v podobnom vzťahu, v akom je samo násobenie ku sčítaniu. Výsledok umocňovania sa nazýva mocnina.

Umocňovanie slúži na skrátenie zápisu viacnásobného násobenia:

V tomto vzorci sa a označuje ako základ mocniny alebo mocnenec a b sa nazýva exponent (mocniny) alebo mocniteľ. Výsledkom je b-tá mocnina čísla a, a na b-tu. Špeciálnym prípadom prázdneho súčinu je a0 = 1 (pre a ≠ 0, pozri nižšie).

Keď sa nedá písať exponent na hornú pozíciu, používa sa často zápis v tvare a^b, niekedy tiež aj a**b.

Zovšeobecnenie definície 
Vyššie uvedená definícia umocňovania ako opakovaného násobenia je použiteľná iba pre prirodzené exponenty. Záporné exponenty označujú mocninu prevráteného čísla:

Zovšeobecnenie pre racionálny exponent poskytuje definícia:
.
Zovšeobecnenie na celý obor reálnych čísel (tj. rozšírenie definície o mocniny s iracionálnymi exponentami) sa potom dosahuje dodefinovaním pomocou limity.

Mocniny s komplexným základom sú definované nasledujúcim spôsobom: Ak je  s reálnymi číslami a, b, n, r > 0 a φ, potom platí

Ak je navyše exponent a číslo všeobecne komplexné, potom je mocnina daná ako

kde argument φ má nutne skok, ktorého polohu však možno zvoliť. Volí sa spravidla φ z intervalu <0;2π) alebo (-π;π>. Teda mocnina je všeobecne viacznačná funkcia a pokiaľ nie je a celé číslo, mocnina nie je na celej komplexnej rovine holomorfná.

Vlastnosti 
 
 
 
 
 
 
  pre a ≠ 0 (pre 00 pozri nižšie)

Umocňovanie nie je všeobecne komutatívne (2³ = 8 ≠ 9 = 3²).

Nula na nultú 
Výraz 00 nie je celkom všeobecne definovaný. Napríklad limita v tomto tvare je tzv. neurčitý výraz a pre jej vyčíslenie je potrebné použiť inú techniku (napr. L’Hospitalovo pravidlo). Dôvodom pre túto nedefinovanosť je dvojitý pohľad na tento výraz: Prvý pohľad na výraz hľadí ako na funkciu x0, ktorá je všade (okrem nuly) rovná jednej, takže je možno ju v nule dodefinovať rovnako a kladie sa 00 = 1. Naopak druhý pohľad vychádza z funkcie 0x, ktorá je všade (okrem nuly) nulová, takže sa v nule dodefinuje 00 = 0.

V bežných situáciach sa používa hlavne prvá definícia, podľa ktorej je
00 = 1,
inokedy je 00 ponechané nedefinované, v niektorých kontextoch je možné sa stretnúť i s použitím druhej definície.

Pre použitie prvej definície existuje niekoľko závažných dôvodov, medzi najdôležitejšie patrí binomická veta, pre ktorej všeobecnú platnosť je táto definícia vyžadovaná.

Mocniny nuly 
Ak je mocniteľ kladný, tak je mocnina nuly nula. 0x = 0, kde x > 0.

Pokiaľ je mocniteľ záporný, potom je mocnina nuly (0−x, kde x > 0) nedefinovaná, pretože delenie nulou nie je na množine reálnych čísel definované.

Zvláštne mocniny 
V každodennom živote často používame mocniny so základom desať (to sú 1, 10, 100, 1000, …). Tieto mocniny tvoria základ našej desiatkovej číselnej sústavy, ako i v sústave SI sú predpony násobkov jednotiek označením mocnín desiatich – 1 kg = 10³ g apod.

Počítače pri spracovaní dát používajú dvojkovú sústavu, založenú na mocninách čísla 2. Z toho dôvodu sa niekedy v informatike používajú násobky jednotiek ako mocniny so základom 2 – 1 KiB = 210 B = 1024 B. (pozri tiež binárny prefix.)

V matematike sú zvlášť dôležité mocniny so základom e ≅ 2,71828, takzvaného Eulerovho čísla.

Rýchlosť rastu 
Mocnina je veľmi rýchlo rastúca funkcia, jedna z najrýchlejšie rastúcich bežne používaných funkcií. Príkladom rýchlosti rastu je nasledujúce pozorovanie: 

Príklad 1
List papiera sa dá obvykle preložiť (na polovicu) iba asi sedemkrát. Výsledkom je 128 (27) vrstiev papiera. Ak by (teoreticky) takýto papier bol preložený 42-krát, vrstva papiera by mala hrúbku rovnajúcu sa vzdialenosti zo Zeme na Mesiac.

Príklad 2
Každý človek má dvoch biologických rodičov, štyroch prarodičov, osem praprarodičov atď. Ak sledujeme tento rodokmeň ďalej, dajme tomu 70 generácií, dostaneme sa až do doby narodenia Ježiša Krista. V tomto prípade počet predkov každého človeka predstavuje 270 = 1 180 591 620 717 411 303 424 ľudí. To výrazne presahuje počet všetkých doposiaľ žijúcich ľudí.

Referencie

Pozri aj 
 Odmocnina
 Logaritmus
 Mocninová funkcia
 Exponenciálna funkcia
 Geometrický rad
 Koreň (matematika)

Externé odkazy 
  Koľko je 00? v sci.math FAQ

Aritmetika