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Les puissances d’un nombre

par Michel Suquet

Exposant entier positif

Lorsqu’on multiplie un nombre par lui-même un certain nombre de fois, on obtient une puissance de ce nombre.

Par exemple, 3à—3à—3à—3à—3à—3à—3 est une puissance de 3.
On la note 3^7 car il y a 7 facteurs égaux à 3.

En effectuant le calcul, on obtient : 3^7=2\,187.

Remarque : comme 7 est en exposant, on dit « 3 exposant 7 ».

Parfois, on dit aussi « 3 puissance 7 »

Les puissances de 2

De même, on obtient :

2^1=2, 2^2=4, 2^3=8, 2^4=16, 2^5=32, 2^6=64, 2^7=128, 2^8=256, …

Par exemple, si on veut calculer 2^9, il suffit de multiplier 2^8 par 2, ce qui donne : 2^9=512.
De même, 2^{10}=2à—2^9=2à—512=1\,024.

Les puissances de 2 sont très utilisées en informatique. Par exemple pour les capacités des supports comme les clés USB : 128 Mo, 512 Mo, 256 Mo, 1\,024 Mo ( ou 1 Go), …

Les puissances de 3

3^1=3, 3^2=9, 3^3=27, 3^4=81, 3^5=243, 3^6=729, 3^7=\,, 3^8=6\,561, 3^9=19\,683, 3^{10}=59\,049

Les puissances de 4

4^1=4, 4^2=16, 4^3=64, 4^4=256, 4^5=1\,024, 4^6=4\,096, 4^7=16\,384, 4^8=65\,536, 4^9=262\,144, 4^{10}=1\,048\,576

Les puissances de 5

5^1=5, 5^2=25, 5^3=125, 5^4=625, 5^5=3\,125, 5^6=15\,625, 5^7=78\,125, 5^8=390\,625, 5^9=1\,953\,125 , 5^{10}=9\,765\,625

Exposant entier négatif

En examinant les puissances successives obtenues, on remarque que pour passer d’une puissance d’un nombre à la suivante, il suffit de multiplier par le nombre et donc, pour passer à la précédente, il suffit de diviser par le nombre.

Cela nous permet d’étendre les tables de puissances aux exposants négatifs :

4^{-7} \qquad 4^{-6} \qquad 4^{-5} \qquad 4^{-4} \qquad 4^{-3} \qquad 4^{-2} \qquad 4^{-1} \qquad 4^{0} \qquad 4^{1} \qquad 4^{2} \qquad 4^{3} \qquad 4^{4} \qquad 4^{5} \qquad 4^{6}

Nous connaissons 4^1, qui est égal à 4, donc pour obtenir 4^0, il suffit de diviser 4 par 4 : 4à·4=1 donc 4^0=1.

Maintenant, nous connaissons 4^0, qui vaut 1, donc en le divisant par 4, on va obtenir 4^{-1} :

4^{-1}=4^0à·4=1à·4={\frac{1}{4}}

Continuons : nous connaissons 4^{-1}, en le divisant par 4, on obtient 4^{-2}.

4^{-2}=4^{-1}à·4={\frac{1}{4}}à·4={\frac{1}{4}}à—{\frac{1}{4}}={\frac{1}{4\times4}}={\frac{1}{4^2}}

De même :

4^{-3}=4^{-2}à·4={\frac{1}{4^2}}à·4={\frac{1}{4^2}}à—{\frac{1}{4}}={\frac{1}{4^2\times4}}={\frac{1}{4^3}}

4^{-4}=4^{-3}à·4={\frac{1}{4^3}}à·4={\frac{1}{4^3}}à—{\frac{1}{4}}={\frac{1}{4^3\times4}}={\frac{1}{4^4}}

4^{-5}=4^{-4}à·4={\frac{1}{4^4}}à·4={\frac{1}{4^4}}à—{\frac{1}{4}}={\frac{1}{4^4\times4}}={\frac{1}{4^5}}

Vous avez sans doute remarqué qu’à chaque fois on obtient l’inverse de la puissance avec l’exposant positif : 4^{-1} est l’inverse de 4^1, 4^{-2} est l’inverse de 4^2, 4^{-3} est l’inverse de 4^3, …

En continuant ainsi, et pour d’autres tables de puissances, nous voyons que cela est général. Par exemple, 7^{-4} est l’inverse de 7^4.

D’où la définition suivante : a^{-n} est l’inverse de a^n et la formule correspondante est : a^{-n}={\frac{1}{a^n}}

Remarque : il est nécessaire que a soit différent de zéro, pour pouvoir diviser par a.

Exposant égal à 0

Lorsqu’on a complété la table des puissances de 4 pour les exposants négatifs, on a vu que 4^0=1 puisque cela provient de 4^1=4 que l’on divise par 4.

Pour les autres tables de puissances, par exemple celle de 7, on a le même résultat :

7^0=7^1à·7=7à·7=1

On a donc la formule : a^0=1 avec a différent de zéro bien entendu.

Formulaire

En résumé, on a les formules suivantes :


 pour tout entier positif n tel que n>1 et pour tout nombre a, a^n=\underbrace{a\times... \times a}_{\rm n~;facteurs~;égaux~; à ~; a}
 pour n=1 et pour tout nombre a, a^1=a
 pour n=0 et pour tout nombre a tel que a\ne0, a^0=1
 pour tout entier relatif n et pour tout nombre a tel que a\ne0, a^{-n}={\frac{1}{a^n}}

Les puissances de 10

Les puissances de 10 sont très utilisées en sciences. En voici quelques-unes.

 vers l’infiniment grand :
10^0=1, 10^1=10, 10^2=100, 10^3=1\,000, 10^4=10\,000, 10^5=100\,000, 10^6=1\,000\,000, …

10^{100}=1\,gogol ↠vous avez remarqué ce nom rigolo ;-)

 vers l’infiniment petit :
10^{-1}=0,1, 10^{-2}=0,01, 10^{-3}=0,001, 10^{-4}=0,0001, 10^{-5}=0,00001, 10^{-6}=0,000001, …