Pierwiastki – zadania maturalne

\(-4\)

Zadanie polega tak naprawdę na poprawnym wykonaniu działań na potęgach i pierwiastkach. Pamiętaj, że ujemny wykładnik potęgi odwraca nam liczbę potęgowaną:
$$a^{-n}=\left(\frac{1}{a}\right)^n$$

Całość rozwiązania możemy rozpisać w następujący sposób:
$$\sqrt[3]{(-8)^{-1}}\cdot16^{\frac{3}{4}}= \\
=\sqrt[3]{\frac{1}{(-8)^1}}\cdot(2^4)^{\frac{3}{4}}= \\
=\sqrt[3]{-\frac{1}{8}}\cdot(2)^{4\cdot\frac{3}{4}}= \\
=-\frac{1}{2}\cdot2^3= \\
=-\frac{1}{2}\cdot8=-4$$

\(2\)

Zadanie możemy rozwiązać na kilka sposobów (nawet usuwając niewymierność z mianownika, czyli mnożąc licznik i mianownik przez \(\sqrt{2}\)), ale najprościej jest rozwiązać je w następujący sposób:
$$\frac{\sqrt{50}-\sqrt{18}}{\sqrt{2}}=\frac{\sqrt{25\cdot2}-\sqrt{9\cdot2}}{\sqrt{2}}= \\
=\frac{5\sqrt{2}-3\sqrt{2}}{\sqrt{2}}=\frac{2\sqrt{2}}{\sqrt{2}}=2$$

\(4^{-4}\)

Wykonując poprawnie działania na pierwiastkach i ułamkach oraz pamiętając, że \(16=4^2\), otrzymamy:
$$(\sqrt[3]{16}\cdot4^{-2})^3=(16^{\frac{1}{3}}\cdot4^{-2})^3= \\
=(16^{\frac{1}{3}})^3\cdot(4^{-2})^3=16^{\frac{1}{3}\cdot3}\cdot4^{-2\cdot3}= \\
=16^1\cdot4^{-6}=4^2\cdot4^{-6}= \\
=4^{2-6}=4^{-4}$$

\(5^4\sqrt{5}\)

To zadanie można rozwiązać na kilka sposobów, ale najprościej będzie chyba rozbić liczbę \(25\) na \(5\cdot\sqrt{5}\cdot\sqrt{5}\), bo wtedy skróci nam się od razu pierwiastek z mianownika. Można też potraktować \(25\) jako \(5^2\), a następnie standardowo usunąć niewymierność z mianownika. Obydwie metody prowadzą skutecznie do tego samego wyniku:
$$\require{cancel}
\frac{5^3\cdot25}{\sqrt{5}}=\frac{5^3\cdot5\cdot\sqrt{5}\cdot\cancel{\sqrt{5}}}{\cancel{\sqrt{5}}}=5^4\sqrt{5}$$

\(2\)

Krok 1. Obliczenie części składowych tego wyrażenia.
Jeśli nie czujemy się zbyt pewnie w działaniach na pierwiastkach, to dobrze jest rozbić sobie ten przykład na dwie części, obliczając oddzielnie wartość każdego z tych dwóch ułamków. Aby obliczyć wartości tych ułamków musimy po prostu usunąć niewymierności znajdujące się w mianownikach. I tak oto:
$$\frac{2}{\sqrt{3}-1}=\frac{2\cdot(\sqrt{3}+1)}{(\sqrt{3}-1)\cdot(\sqrt{3}+1)}=\frac{2\sqrt{3}+2}{3-1}=\frac{2\sqrt{3}+2}{2}=\sqrt{3}+1\\
\\
\frac{2}{\sqrt{3}+1}=\frac{2\cdot(\sqrt{3}-1)}{(\sqrt{3}+1)\cdot(\sqrt{3}-1)}=\frac{2\sqrt{3}-2}{3-1}=\frac{2\sqrt{3}-2}{2}=\sqrt{3}-1$$

Krok 2. Obliczenie wartości całego wyrażenia.
Uważając na znaki możemy teraz bez przeszkód obliczyć wartość naszego wyrażenia:
$$\sqrt{3}+1-(\sqrt{3}-1)=\sqrt{3}-1-\sqrt{3}+1=2$$

\(1\)

Zadanie choć wygląda na dość skomplikowane, to w praktyce jest bardzo proste. Wystarczy zauważyć, że cała wartość mianownika jest podniesiona do potęgi zerowej (a wartość tego mianownika jest na pewno różna od zera, bo dodajemy do siebie trzy liczby dodatnie). To z kolei oznacza, że bez dalszych obliczeń możemy stwierdzić, że wartość całego wyrażenia w mianowniku jest równa \(1\), bo każda liczba różna od zera podniesiona do potęgi \(0\) daje wynik równy \(1\). Stąd też:
$$\left(\frac{1}{(\sqrt[3]{729}+\sqrt[4]{256}+2)^0}\right)^{-2}=\left(\frac{1}{1}\right)^{-2}=1^{-2}=1$$

\(8\)

Korzystając ze wzoru skróconego mnożenia \((a-b)^2=a^2-2ab+b^2\) otrzymamy:
$$(\sqrt{5}-\sqrt{3})^2+2\sqrt{15}= \\
=(\sqrt{5})^2-2\cdot\sqrt{5}\sqrt{3}+(\sqrt{3})^2+2\sqrt{15}= \\
=5-2\sqrt{15}+3+2\sqrt{15}= \\
=5+3=8$$

\(2^{\frac{3}{2}}\)

Naszym zadaniem jest tak naprawdę wyłączenie czynników przed znak pierwiastka i zapisanie wyniku w formie potęgi o wykładniku wymiernym (czyli w formie ułamka). Zatem:
$$2\sqrt{18}-\sqrt{32}=2\sqrt{9\cdot2}-\sqrt{16\cdot2}=2\cdot3\sqrt{2}-4\sqrt{2}= \\
=6\sqrt{2}-4\sqrt{2}=2\sqrt{2}=2^1\cdot2^{\frac{1}{2}}=2^{1+\frac{1}{2}}=2^{\frac{3}{2}}$$

\(-1\)

$$\frac{\sqrt[5]{-32}\cdot2^{-1}}{4}\cdot2^2=\frac{-2\cdot\frac{1}{2}}{4}\cdot4=-1$$

\(\frac{16}{3\sqrt{7}}\)

Krok 1. Wykonanie obliczeń na pierwiastkach.
$$\sqrt{\frac{9}{7}}+\sqrt{\frac{7}{9}}=\frac{\sqrt{9}}{\sqrt{7}}+\frac{\sqrt{7}}{\sqrt{9}}=\frac{3}{\sqrt{7}}+\frac{\sqrt{7}}{3}$$

Krok 2. Sprowadzenie ułamków do wspólnego mianownika i obliczenie sumy.
Aby dodać do siebie te dwa ułamki, które znalazły się w naszym rozwiązaniu musimy sprowadzić je do wspólnego mianownika. W naszym przypadku wspólnym mianownikiem będzie \(3\sqrt{7}\), zatem:
$$\frac{3\cdot3}{\sqrt{7}\cdot3}+\frac{\sqrt{7}\cdot\sqrt{7}}{3\cdot\sqrt{7}}= \\
=\frac{9}{3\sqrt{7}}+\frac{7}{3\sqrt{7}}=\frac{16}{3\sqrt{7}}$$

\(2^3\)

Pamiętając o tym, że \(\sqrt[3]{2^5}=(2^5)^\frac{1}{3}=2^{\frac{5}{3}}\) możemy całość obliczyć w następujący sposób:
$$2^{\frac{4}{3}}\cdot\sqrt[3]{2^5}=2^{\frac{4}{3}}\cdot2^{\frac{5}{3}}= \\
=2^{\frac{4}{3}+\frac{5}{3}}=2^{\frac{9}{3}}=2^3$$

\(\sqrt{3}\)

Aby obliczyć ten przykład to najprościej jest zamienić wszystkie pierwiastki na odpowiednie potęgi:
$$\sqrt[3]{3\sqrt{3}}=\left(3^{1}\cdot3^{\frac{1}{2}}\right)^{\frac{1}{3}}=\left(3^{\frac{3}{2}}\right)^{\frac{1}{3}}= \\
=3^{\frac{3}{2}\cdot\frac{1}{3}}=3^{\frac{1}{2}}=\sqrt{3}$$

\(2\sqrt[3]{2}\)

Musimy rozbić liczbę \(54\) na takie dwa czynniki, aby z jednego z nich dało się wyciągnąć pierwiastek trzeciego stopnia. Zatem:
$$\sqrt[3]{54}-\sqrt[3]{2}=\sqrt[3]{27\cdot2}-\sqrt[3]{2}=3\sqrt[3]{2}-\sqrt[3]{2}=2\sqrt[3]{2}$$

\(4+2\sqrt{3}\)

Rozwiązanie tego zadania będzie znacznie prostsze, kiedy potęgę znajdującą się na końcu liczby rozpiszemy jako oddzielnie potęgowanie licznika i mianownika:
$$\left(\frac{3+\sqrt{3}}{\sqrt{3}}\right)^2=\frac{(3+\sqrt{3})^2}{(\sqrt{3})^2}$$

W liczniku posłużymy się teraz wzorem skróconego mnożenia, zatem całość obliczeń będzie wyglądać następująco:
$$\frac{(3+\sqrt{3})^2}{(\sqrt{3})^2}=\frac{9+6\sqrt{3}+3}{3}=\frac{12+6\sqrt{3}}{3}=4+2\sqrt{3}$$

\(\sqrt[3]{-256}=-\sqrt[3]{256}\)

W tym zadaniu należało przede wszystkim pamiętać o tym, że \(-a^2\) to nie jest to samo, co \((-a)^2\) oraz o tym, że liczba ujemna podniesiona do potęgi parzystej daje wynik dodatni, a podniesiona do potęgi nieparzystej daje wynik ujemny.

Prawidłową zależnością jest jedynie ta opisana w ostatniej odpowiedzi, czyli \(\sqrt[3]{-256}=-\sqrt[3]{256}\). Pozostałe są błędne, bo:
$$(-256)^2=256^2 \\
(-256)^3=-256^3 \\
\sqrt{(-256)^2}=256$$

\(9+4\sqrt{5}\)

Nie możemy ot tak skrócić sobie licznika z mianownikiem, bo między liczbami stoją znaki dodawania/odejmowania. Musimy tak naprawdę wymnożyć licznik i mianownik przez wartość \(\sqrt{5}+2\), pobywając się w ten sposób niewymierności w mianowniku. Zatem:
$$\frac{\sqrt{5}+2}{\sqrt{5}-2}=\frac{(\sqrt{5}+2)\cdot(\sqrt{5}+2)}{(\sqrt{5}-2)\cdot(\sqrt{5}+2)}= \\
=\frac{5+4\sqrt{5}+4}{5-4}=9+4\sqrt{5}$$