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4.2 Wurzeln, Fakultäten, Binomialkoeffizienten ​

Ganzzahlige Potenzen ​

Sei x∈R,x≠0 und n∈N:

  1. xn ist das n-fache Produkt von x mit sich selbst: xn=x⋅x⋅⋯⋅x⏟n-mal

  2. x−n ist die Kehrwert-Potenz: x−n=1xn

  3. x0=1, unabhängig davon, welchen Wert x≠0 hat.

Existenzsatz für n-te Wurzeln ​

Für alle a∈R+ (positive reelle Zahlen) und n∈N∗ (natürliche Zahl > 0),
existiert genau ein x∈R+ mit: xn=a.

Definition: n-te Wurzel ​

  • n-te Wurzel von a (mit a∈R+,n∈N∗) ist die eindeutig bestimmte positive Zahl x, sodass xn=a.
  • Notation:x=an.
  • Spezialfall: Für n=2 wird häufig a statt a2 geschrieben.

Rationale Potenzen ​

Für einen rationalen Exponenten q=mn (mit m∈Z, n∈N∗) definiert man:

xq=xmn:=xmn.

Es gelten die gewohnten Rechenregeln für Potenzen auch für rationale Exponenten

xa⋅xb=xa+b(xa)b=xab
Rechenregeln für Potenzen

Für x,y∈R+∖{0}, p,q∈Q gelten folgende Rechenregeln:

  1. Multiplikation gleicher Basis: xp⋅xq=xp+q

  2. Multiplikation gleicher Exponenten: xp⋅yp=(xy)p

  3. Potenz einer Potenz: (xp)q=xpq

  4. Division gleicher Basis: xpxq=xp−q

  5. Division gleicher Exponenten: xpyp=(xy)p

Fakultät ​

Für eine natürliche Zahl n∈N ist die Fakultät definiert als:

n!=n⋅(n−1)⋅(n−2)⋅⋯⋅2⋅1,

Konvention: 0!:=1

Binomialkoeffizient ​

Der Binomialkoeffizient »n über k« (für k∈{0,1,…,n}) ist:

(nk)=n!k!(n−k)!.

Zentrale Sätze zu Binomialkoeffizienten und Potenzen ​

  1. Eigenschaften der Binomialkoeffizienten:

    (n0)=1,(nn)=1,(nk)+(nk−1)=(n+1k).
  2. Formel für an+1−bn+1:

    an+1−bn+1=(a−b)∑k=0nan−kbk.
  3. Binomialformel (für (a+b)n):

    (a+b)n=∑k=0n(nk)an−kbk.