Matematika Sekolah Dasar dan Menengah · Grades 1–9
63Pecahan dan Pangkat
Pecahan dan pangkat adalah alat perhitungan sehari-hari: membagi besaran, membandingkan proporsi, menulis bilangan yang sangat besar atau sangat kecil. Bab ini memantapkan aturan berhitung dengannya — dengan setiap langkah perantaranya ditulis lengkap — lalu memperkenalkan notasi ilmiah.
63.1 Berhitung dengan pecahan
Definisi 63.1 (Pecahan)
Pecahan (dengan ) adalah hasil bagi oleh . Dua pecahan sama ketika yang satu diperoleh dari yang lain dengan mengalikan (atau membagi) pembilang dan penyebutnya dengan bilangan bukan nol yang sama:
Contoh 63.2
Sederhanakan selangkah demi selangkah:
(Pada Bab 64 faktor persekutuan terbesar akan mengerjakannya dalam satu langkah.)
Metode 63.3 (Menjumlahkan dan mengurangkan pecahan)
- Taruhlah kedua pecahannya pada penyebut yang sama (yaitu kelipatan bersama kedua penyebutnya);
- jumlahkan atau kurangkan pembilangnya, dengan menahan penyebutnya;
- sederhanakan hasilnya kalau mungkin.
Contoh 63.4
Hitunglah . Penyebut bersama dari dan adalah :
Hitunglah . Tulislah sebagai pecahan berpenyebut :
Metode 63.5 (Mengalikan dan membagi pecahan)
- Untuk mengalikan, kalikan pembilangnya bersama dan penyebutnya bersama: (sederhanakan sebelum mengalikan bilamana mungkin);
- untuk membagi, kalikan dengan kebalikan pembaginya: .
Contoh 63.6
yang kita sederhanakan dengan faktor bersamanya , lalu dengan . Dan sebuah pembagian:
63.2 Pangkat
Definisi 63.7 (Pangkat)
Untuk bilangan real dan bilangan bulat positif , pangkat adalah hasil kali faktor yang masing-masing sama dengan :
Menurut kesepakatan (untuk ), dan eksponen negatif menyatakan kebalikannya: inverses:
Contoh 63.8
; tetapi (eksponennya mengikat lebih dahulu daripada tanda minusnya); ; dan .
Teorema 63.9 (Aturan eksponen)
Untuk semua , yang bukan nol dan semua bilangan bulat , :
Bukti. Untuk eksponen positif, bilanglah faktornya. Untuk aturan pertama: adalah faktor yang disusul faktor , seluruhnya faktor. Untuk yang ketiga: mengulang kali satu blok berisi faktor, sehingga memberi faktor. Kedua aturan lainnya serupa; perluasan ke eksponen nol dan negatif diperiksa dari (dan itu membuat kesepakatan menjadi satu-satunya pilihan yang taat asas, karena harus sama dengan ). ∎
Contoh 63.10
Sederhanakan selangkah demi selangkah:
Dan dengan dua huruf: .
63.3 Pangkat sepuluh dan notasi ilmiah
Proposisi 63.11 (Pangkat sepuluh)
Untuk bilangan bulat positif : ditulis “ yang disusul nol”, dan dengan -nya pada tempat desimal yang ke-. Mengalikan bilangan desimal dengan (berturut-turut ) menggeser titik desimalnya tempat ke kanan (berturut-turut ke kiri).
Definisi 63.12 (Notasi ilmiah)
Notasi ilmiah sebuah bilangan desimal yang positif adalah satu-satunya cara menuliskannya sebagai
Contoh 63.13
Jarak Bumi–Matahari kira-kira km km. Ukuran sebuah molekul air kira-kira m m. Untuk berhitung dengan bilangan seperti itu, kelompokkan bagian desimalnya dan pangkat sepuluhnya:
Metode 63.14 (Menaruh bilangan dalam notasi ilmiah)
- Geserlah titik desimalnya sampai tepat sesudah angka pertama yang bukan nol; ini memberi faktor dengan ;
- bilanglah berapa tempat titiknya bergeser: bilangan itulah , positif kalau bilangan semulanya , negatif kalau bilangan semulanya ;
- periksa: harus menghasilkan bilangan semulanya.
63.4 Latihan
Latihan 63.1 ★
Hitunglah lalu berikan hasilnya sebagai pecahan yang paling sederhana:
Solusi
Solusi Latihan 63.1.
.
.
.
.
Latihan 63.2 ★
Hitunglah lalu sederhanakan:
Solusi
Solusi Latihan 63.2.
(sederhanakan dengan dan dengan ).
.
(angka dan saling meniadakan).
Latihan 63.3 ★
Hitunglah:
Solusi
Solusi Latihan 63.3.
; ; ; ; ; .
Latihan 63.4 ★
Tulislah sebagai satu pangkat:
Solusi
Solusi Latihan 63.4.
; ; ; ; .
Latihan 63.5 ★
Tulislah dalam notasi ilmiah: ; ; ; ; dua belas juta.
Solusi
Solusi Latihan 63.5.
; ; ; ; dua belas juta .
Latihan 63.6 ★★
Hitunglah, dengan memberikan hasilnya dalam notasi ilmiah:
Solusi
Solusi Latihan 63.6.
.
.
.
Latihan 63.7 ★★
Sebuah tangki terisi . Sesudah ditambah liter tangkinya terisi . Berapa daya tampung tangkinya? (Nyatakan lebih dahulu bagian tangki yang ditambahkan.)
Solusi
Solusi Latihan 63.7.
Air yang ditambahkan mewakili bagian tangkinya. Jadi daya tampungnya adalah liter: -nya adalah liter, dan daya tampungnya liter.
Latihan 63.8 ★★
Alia memakan sebuah kue, lalu Beni memakan sisanya, lalu Cinta memakan dari yang masih tersisa. Berapa bagian kuenya yang tertinggal pada akhirnya? (Hitunglah sisanya sesudah tiap langkahnya.)
Solusi
Solusi Latihan 63.8.
Sesudah Alia: bagian kuenya tersisa. Beni memakan , sehingga tertinggal . Cinta memakan setengahnya, yaitu , sehingga tertinggal bagian kuenya.
Latihan 63.9 ★★
Cahaya menempuh meter tiap detik. Matahari berjarak kira-kira m. Berapa lama sinar matahari sampai kepada kita? Berikan jawabannya dalam detik (tanpa perlu notasi ilmiah), lalu dalam menit dan detik.
Solusi
Solusi Latihan 63.9.
Waktunya detik, yaitu menit dan detik.
Latihan 63.10 ★★★
Mana yang lebih besar, atau ? (Petunjuk: tulislah keduanya sebagai pangkat dengan eksponen memakai , lalu bandingkan dengan .)
63.5 Soal: Sandi rahasia desimal berulang
Soal 63.1
Soal akhir pekan — setiap pecahan punya penulisan desimal yang berhenti atau berulang, setiap desimal berulang adalah pecahan, dan sama persis dengan
Bagilah dengan dan angkanya jatuh menjadi nyanyian: selamanya. Bagilah dengan dan angkanya berhenti mati: . Soal ini membuktikan bahwa hanya kedua perilaku itulah yang mungkin bagi sebuah pecahan — lalu membalikkan mesinnya: diberikan desimal berulang mana pun, mesinnya membangun kembali pecahan yang bersembunyi di baliknya. Di sepanjang jalannya soal ini menyelesaikan, sekali untuk selamanya, kesamaan yang paling diperdebatkan dalam matematika sekolah.
Bagian I — Dari pecahan ke desimal.
- Hitunglah dengan pembagian bersusun penulisan desimal , , dan . Mana yang berhenti, mana yang berulang, dan dengan blok berulang yang mana?
- Jelaskan mengapa penulisan desimal pecahan apa pun pasti berhenti atau akhirnya berulang. (Pada pembagian bersusun dengan , nilai apa saja yang dapat diambil sisa yang berturut-turut? Apa yang terjadi begitu sebuah sisa muncul untuk kedua kalinya?)
- Doronglah pembagian oleh cukup jauh untuk menemukan blok berulangnya. Berapa panjangnya, dan bagaimana perbandingan panjang itu dengan batas yang dijanjikan pertanyaan 2?
- Beberapa pecahan berhenti karena penyebutnya dapat digelembungkan menjadi pangkat sepuluh: , . Jelaskan kriterianya, dan mengapa tidak ada pengali bilangan bulat yang dapat mengubah , atau menjadi , , (angka apa yang akan mengakhiri hasil kalinya?).
- Tanpa membagi, pilahlah , dan menjadi “berhenti” dan “berulang”, lalu berikan penulisan desimal kedua pecahan yang berhenti.
Bagian II — Dari desimal berulang kembali ke pecahannya.
- Trik penggeseran. Misalkan Hitunglah , lalu , lalu simpulkan sebagai pecahan. Periksalah dengan membagi.
- Misalkan Pangkat sepuluh yang mana yang menggeser tepat satu blok berulang? Pakailah itu untuk menulis sebagai pecahan yang paling sederhana.
- Sebuah keadaan campuran: (yang berulang hanya -nya). Hitunglah lalu simpulkan sebagai pecahan yang paling sederhana.
- Yang terkenal: terapkan trik penggeserannya pada Pecahan apa — bilangan apa — yang kamu temukan? Rukunkan hasilnya dengan gerak hatimu, sambil mengingat tetangga hantu pada Soal 38.1 dan sisa yang mengerut pada Soal 39.1: apakah “tepat di bawah” , atau nama lain untuk ?
- Ubahlah dan menjadi pecahan yang paling sederhana.
Bagian III — Kamus yang dilengkapi.
- Pertanyaan 6–10 menyarankan sebuah kamus: blok berisi angka yang berulang sejak titik desimalnya sama dengan blok itu dibagi buah sembilan (). Pakailah kamusnya untuk meramalkan sebagai pecahan, sederhanakan — lalu takjublah: pecahan yang sederhananya mengejutkan mana yang menyanyikan “”? Periksalah dengan pembagian.
- Gabungkan kamusnya dengan sebuah penggeseran: tulislah sebagai pecahan yang paling sederhana.
- Bilangan (satu , lalu satu , lalu satu , lalu dua , lalu satu , lalu tiga , dan seterusnya) tidak pernah berhenti. Apakah ia desimal yang berulang? Lalu apa kata Bagian I tentangnya — dapatkah ia menjadi pecahan? (Kamu baru saja bertemu bilangan irasional pertamamu yang terbukti; yang paling terkenal ditangkap pada Bab 65.)
- Kira-kira berapa angka yang dipunyai ? Pakailah dan aturan eksponennya (Teorema 63.9) untuk menulis dalam notasi ilmiah (secara hampiran), lalu simpulkan. (Bandingkan Latihan 63.10.)
- Penutupnya: tulislah sebagai pecahan, lalu nyatakan pesan moral dua arah seluruh soalnya: penulisan desimal yang mana yang berupa pecahan, dan pecahan yang mana yang punya penulisan desimal yang mana?
Solusi
Solusi Soal 63.1.
1. (berhenti); (bloknya ); (bloknya sesudah -nya); (bloknya ).
2. Pada tiap langkah pembagiannya dengan , sisanya adalah salah satu dari nilai (Teorema 37.7). Kalau sisa muncul, maka pembagiannya berhenti. Kalau tidak, sesudah paling banyak langkah suatu sisa pasti muncul untuk kedua kalinya — karena langkahnya lebih banyak daripada sisa yang mungkin — dan sejak saat itu pembagiannya mengulang persis barisan angka yang dihasilkannya sesudah kemunculan pertamanya: penulisan desimalnya berdaur selamanya. Berhenti atau berulang: perilaku yang ketiga tidak ada.
3. : bloknya punya panjang . Pertanyaan 2 menjanjikan pengulangan dalam paling banyak langkah — di sini sisanya semuanya muncul sebelum -nya kembali: yaitu nyanyian terpanjang yang mungkin untuk pembagian dengan .
4. berhenti persis ketika suatu punya penyebut , , — yaitu ketika penyebutnya dapat dikalikan sampai menjadi pangkat sepuluh, seperti atau . Untuk dan hal itu sia-sia: pangkat sepuluh punya jumlah angka , dan setiap kelipatan punya jumlah angka yang merupakan kelipatan — jadi tidak ada kelipatan (karena itu tidak ada pula kelipatan ) yang pernah menjadi , , Untuk : membagi , , , dengan selalu meninggalkan sisa (, , , ), tidak pernah . Penyebut yang mencapai pangkat sepuluh berhenti; semua yang lain berulang.
5. : , jadi berhenti: . : , jadi berhenti: . : adalah kelipatan , jadi berulang ().
6. , jadi (ekornya saling meniadakan dengan sempurna), dan . Pemeriksaan dengan pembagian:
7. Bloknya punya dua angka, jadi geserlah dengan : , karena itu dan .
8. dan ; dengan mengurangkannya, , jadi (bagilah dengan ). Memang
9. , jadi dan . Bukan “tepat di bawah” : adalah bilangan , yang ditulis dengan kostum kedua. Bilangan mana pun yang benar-benar di bawah meninggalkan celah, dan Soal 38.1 menunjukkan bahwa celah selalu memuat bilangan lain — sedangkan tidak ada yang muat di antara dan . Sembilan yang tanpa ujung itu adalah sisa cokelat pada Soal 39.1 yang mengerut di bawah setiap jumlah yang positif: tidak ada yang tertinggal.
10. . Dan (bagilah dengan ).
11. Menurut kamusnya: . Karena , pecahan itu menyederhana menjadi : jadi pecahan yang menyanyikan “”. Pemeriksaan dengan pembagian:
12. (bagilah dengan ).
13. Blok nolnya tumbuh tanpa akhir, jadi tidak ada blok tetap yang dapat berulang selamanya: jadi ia bukan desimal berulang (dan tidak pernah berhenti pula). Menurut Bagian I, setiap pecahan berhenti atau berulang — jadi bilangan ini sama sekali bukan pecahan: ia irasional, yang dibuat sesuai pesanan. Bintang utama keirasionalan, yaitu , disingkap pada Bab 65.
14. : yaitu bilangan yang sedikit di atas , jadi punya angka. (Persisnya: .)
15. , yang sudah paling sederhana ( tidak berbagi faktor dengan ). Kamus yang lengkap: pecahan persis adalah desimal yang berhenti atau berulang — penyebut yang bersahabat dengan sepuluh berhenti, semua yang lain menyanyikan sebuah blok; dan sebaliknya setiap nyanyian, bahkan tahun kelulusanmu, adalah pecahan dalam samaran.