Степень в Python — как возвести?
Когда я был студентом, мой преподаватель по методам программирования любил повторять: «В математике все идеи простые». Чаще всего, фраза звучала в момент объяснения новой сложной темы, а потому вызывала определённые внутренние противоречия.
С возведением в степень всё не так — это действительно простая операция.
История
Возведение в степень — частный случай умножения, поэтому данную операцию изначально не рассматривали, как самостоятельную. Но уже в работах Диофанта Александрийского степени отведено особое место. В частности «Отец Алгебры» применял понятия кубов и квадратов числа.
Эта операция была известна ещё в древнем Вавилоне, однако современный её вид устоялся лишь в XVII веке.
Как умножение позволяет сократить количество символов сложения:
Так и степень сокращает запись умножения:
- 6 — это основание;
- 2 — показатель степени (это число говорит о том, сколько раз число в основании должно быть умножено само на себя).
До воцарения числового показателя, были и другие варианты его записи. Математики раннего Возрождения использовали буквы. Например, Q обозначала квадрат, а C — куб. Различные формы записи возведения в степень не обошли и языки программирования.
Для АЛГОЛа и некоторых диалектов Бейсика применяется значок ↑. В матлабе, R, Excel-е и Хаскеле используется «циркумфлекс» — ^ или «галочка». Этот символ популярен и вне программирования.
Определение
В Python возведение в степень записывается при помощи двойной «звёздочки» — » ** «
Вторая форма записи — встроенная функция pow():
# первый аргумент — основание, а второй — показатель b = pow(2, 4) print(b) > 16
Обратные операции
Извлечение корня
У возведения в степень две обратные операции. Первая — извлечение корня. Подробнее о корнях в Python вы можете почитать в нашей статье . Отметим лишь, что корень в питоне вычисляется с помощью той же функции pow():
# корень четвёртой степени из 16 root = pow(16, (1/4)) print(root) > 2.0
Либо с применением оператора » ** «:
# корень кубический из 27 cub_root = 27 ** (1/3) print(cub_root) > 3.0
Для извлечения квадратного корня справедливы оба вышеуказанных способа, но существует и третий, специализированный. Для его применения требуется импортировать модуль math :
import math # квадратный корень из 100 sqr_root = math.sqrt(100) print(sqr_root) > 10.0
Логарифмирование
Логарифмирование — вторая обратная операция.
Логарифмом числа «b» по основанию «a» зовётся такой показатель степени, в который следует возвести «a», чтобы получить «b».
Здесь x — логарифм. Пример из математики — найдем значение выражения:
Легче всего эта запись читается в формате вопроса: «В какую степень нужно возвести 2, чтобы получить 16?». Очевидно, в 4-ю. Следовательно,
В питоне операция нахождения логарифма также заложена в функционал модуля math:
import math # отыщем логарифм 100 по основанию 10 # 100 — основание логарифма, а 10 — аргумент log = math.log(100, 10) print(log) > 2.0
Степень
Целочисленная
В целочисленную степень можно возводить положительные и отрицательные int и float числа:
# int print(3 ** 9) > 19683 print(pow(-2, 10)) > 1024 # float print(3.14 ** 9) > 29673.367320587102 print(pow(-1.1, 1001)) > -2.7169262098066285e+41
И функция pow() и оператор » ** » умеют возводить комплексные числа:
# complex a = complex(2, 1) print(pow(a, 2)) > (3+4j) print(a ** 2) > (3+4j)
Показатель степени может быть положительным, отрицательным и нулевым:
# + print(12 ** 4) > 20736 # — print(100 ** -2) > 0.0001 # 0 print(1231 ** 0) > 1
Результат не определён, когда 0 возводят в отрицательную степень:
print(0 ** -4) > ZeroDivisionError: 0.0 cannot be raised to a negative power
Ошибка деления на ноль возникает из-за следующего свойства степени:
Рациональная
Возведение числа в рациональную степень напрямую связано с извлечением корня из этого числа отношением:
Если рациональный показатель отрицательный, а основание равно нулю, то Питон все ещё будет выдавать ошибку:
print(0 ** -(5/4)) > ZeroDivisionError: 0.0 cannot be raised to a negative power
В случае, когда основание меньше нуля, числитель показателя нечётный, а знаменатель, напротив, чётный, результат получается комплексным. Но это свойство рациональных степеней учитывается только в функции pow() :
print(pow(-5, (5/4))) > (-5.286856317202822-5.286856317202821j) print(type(pow(-5, (5/4)))) >
В остальном возведение в рациональную степень работает, как и для целочисленной:
print(0 ** (3/2)) > 0.0 print(pow(1, (23/24))) > 1.0 print(10 ** (6/7)) > 7.196856730011519
Вещественная
В начале автор объявил, что возведение в степень — штука несложная. Так вот, для вещественных степеней это уже не совсем так. Идеи, заложенные в эту операцию, хоть и просты, но их много, и каждая из них достойна собственной статьи. Описать вкратце разложение в ряд Тейлора и численное интегрирование не получится. Это будет не справедливо, как по отношению к вам, так и к математике. Поэтому, выделим главное:
Python умеет возводить в вещественную степень даже вещественные числа (пусть и псевдо)
Сделать такое инструментами математики ой как непросто:
# возведём число Пи в степень e print(pow(math.pi, math.e)) > 22.45915771836104
Ноль в степени ноль
Дискуссии по поводу значения 0 в степени 0 продолжаются уже больше двух веков. Обычно значение нуля в нулевой степени принято считать неопределённым, но символическое соглашение о том, что «0 в степени 0 равно 1» помогает в записи формул и алгоритмов. Ровно поэтому так сделано и в Python:
print(pow(0, 0)) > 1 print(0 ** 0) > 1
9.12. Python – Метод math.pow() – возвести число в степень
Метод pow() – возвращает x в степени y. Если задан третий аргумент (z), осуществляется возведение числа x в степень y по модулю z, т.е. pow(x, y) % z.
Синтаксис
Ниже приведен синтаксис метода pow() в Python:
import math math.pow( x, y[, z] ) Примечание. Эта функция недоступна напрямую, поэтому нам нужно импортировать математический модуль, а затем нам нужно вызвать эту функцию, используя математический статический объект.
Параметры
х – число, которое необходимо возвести в степень.
y – степень числа x.
z (необязательно) – число, которое должно использоваться для операции модуля.
Возвращаемое значение
Функция возвращает значение x в степени y.
Пример
В следующем примере показано использование метода pow() в Python.
#!/usr/bin/python import math # Это импортирует математический модуль print "math.pow(100, 2): ", math.pow(100, 2) print "math.pow(100, -2): ", math.pow(100, -2) print "math.pow(2, 4): ", math.pow(2, 4) print "math.pow(3, 0): ", math.pow(3, 0) Когда приведённый выше код выполнится, он даст следующий результат:
math.pow(100, 2): 10000.0 math.pow(100, -2): 0.0001 math.pow(2, 4): 16.0 math.pow(3, 0): 1.0 Оглавление
- 1. Python – Самоучитель для начинающих
- 2. Python – Обзор
- 3. Python – Установка среды
- 4. Python – Базовый синтаксис
- 4.1. Python – Аргументы командной строки
- 5. Python – Типы переменных
- 6. Python – Основные операторы
- 6.1. Python – Арифметические операторы
- 6.2. Python – Операторы сравнения
- 6.3. Python – Операторы присваивания: примеры
- 6.4. Python – Побитовые операторы
- 6.5. Python – Логические операторы
- 6.6. Python – Операторы членства
- 6.7. Python – Операторы идентификации
- 6.8. Python – Приоритет операторов
- 7. Python – Условные операторы
- 7.1. Python – Условие if
- 7.2. Python – Условные операторы if. else и elif
- 7.3. Python – Вложенные операторы if
- 8. Python – Циклы
- 8.1. Python – Цикл while
- 8.2. Python – Цикл for
- 8.3. Python – Вложенные циклы
- 8.4. Python – Оператор break
- 8.5. Python – Оператор continue
- 8.6. Python – Оператор pass
- 9. Python – Числа
- 9.1. Python – Метод abs()
- 9.2. Python – Метод ceil()
- 9.3. Python – Метод cmp()
- 9.4. Python – Метод exp()
- 9.5. Python – Метод fabs()
- 9.6. Python – Метод floor()
- 9.7. Python – Метод log()
- 9.8. Python – Метод log10()
- 9.9. Python – Метод max()
- 9.10. Python – Метод min()
- 9.11. Python – Метод modf()
- 9.12. Python – Метод pow()
- 9.13. Python – Метод round()
- 9.14. Python – Метод sqrt()
- 9.15. Python – Метод choice()
- 9.16. Python – Метод randrange()
- 9.17. Python – Метод random()
- 9.18. Python – Метод seed()
- 9.19. Python – Метод shuffle()
- 9.20. Python – Метод uniform()
- 9.21. Python – Метод acos()
- 9.22. Python – Метод asin()
- 9.23. Python – Метод atan()
- 9.24. Python – Метод atan2()
- 9.25. Python – Метод cos()
- 9.26. Python – Метод hypot()
- 9.27. Python – Метод sin()
- 9.28. Python – Метод tan()
- 9.29. Python – Метод degrees()
- 9.30. Python – Метод radians()