Příklad: Prozkoumejme, pro které x má mocnina
xx smysl.
Řešení: Když si připomeneme, co jsme zjistili v sekci
mocniny jako čísla v části Teorie
- Elementární funkce, tak hned vidíme, že taková mocnina má smysl pro
x > 0. Co se stane, když se podíváme na jiné hodnoty x? První,
co přijde pod ruku, je x = 0. Připomeňme, že jsme definovali nultou
mocninu jako A0 = 1 pro libovolné reálné A, takže také
00 = 1 a
x = 0 lze použít ve zkoumané mocnině.
Když se podíváme na záporné x, bude to horší. Pro některá x
nemáme potíže, například záporná celá čísla jsou v pohodě, když vezmeme
n = −m, pak
nn = (−1)m/mm.
Další velká třída jsou záporná racionální čísla, jak to vypadá s nimi?
Docela špatně. Uvažujme x = −1/m pro nějaké kladné celé číslo
m. Jestliže je m liché, všechno je v pohodě, dostaneme
xx = −[m1/m]
a m-tá
odmocnina kladného čísla je dobře definovaná. Na druhou stranu, jestli je
m sudé, mocnina xx nemá smysl, protože nejde
vzít sudá odmocnina záporného čísla.
Z toho vyplývá, že všechna záporná racionální čísla se sudými jmenovateli
jsou mimo, a protože taková čísla tvoří hustou množinu v záporné poloose,
vidíme, že nejde udělat pěknou množinu, kde by
xx
fungovalo. Znamená to také další věc. Pro B iracionální jsme
definovali AB pomocí aproximování B
racionálními čísly. Protože vedle každého záporného iracionálního čísla máme
spoustu racionálních se sudými jmenovateli, aproximační procedura selže.
Proto číslo xx také nemá smysl pro všechna záporná
iracionální čísla.
Shrnutí: Zjistili jsme, že výraz
xx
má smysl jako číslo pro x = 0, pro všechna kladná x
a pro ty záporná x, která jsou racionální čísla s lichými jmenovateli.
Poznámka: Pokud bychom se snažili najít definiční obor
xx coby funkce odpovědí na
otázku "kdy to má smysl",
dostaneme množinu popsanou výše. Záporná část této množiny je extrémně
škaredá z pohledu analýzy. Nejsou tam žádné spojité intervaly, jen spousta
individuálních bodů, takže kdybychom s takovou funkcí pracovali, nemohli
bychom na záporné části hledat limity či derivovat. To ukazuje, že tento
přístup k obecným mocninám nedává rozumné odpovědi. Všimněte si ale také, že
kladná část "definičního oboru", který jsme našli, je v pohodě. Není proto
překvapivé, že když najdeme definiční obor
xx
správně, dostaneme přesně kladná reálná čísla.