Стандартный вид числа. Порядок числа
В уроке «Степень с нулевым и целым отрицательным показателем» лестница степеней продолжилась ниже нулевой ступени, и малые числа стало можно записывать степенями: $\frac1{10^5}=10^{-5}$. В этом уроке с помощью степеней числа $10$ научимся коротко записывать любые очень большие и очень малые числа. Разберем, что такое стандартный вид числа и порядок числа, как вернуться к обычной записи и как сравнивать числа по порядкам.
У каждого числа есть свой этаж
Калькулятор на вопрос, сколько слоев в стопке после $42$ сгибаний листа бумаги, показывает 4.398046511E12. Что это за число и какой толщины стопка — больше или меньше расстояния от Земли до Луны, $384\,400\,000$ м? Чтобы ответить, нужно сравнить числа, в записи которых больше десяти цифр, и умножить на толщину листа в метрах — $0{,}0001$. В таких записях легко пропустить нуль или разряд. К этому вопросу вернемся в конце урока.
Вспомним лестницу степеней числа $10$. На ступени $0$ стоит $1$. Каждый шаг вверх умножает на $10$: $10$, $100$, $1000$, $10\,000$. Каждый шаг вниз делит на $10$: $0{,}1$, $0{,}01$, $0{,}001$. Ступени этой лестницы назовем этажами. На этаже с номером $n$ лежат все числа от $10^n$ до $10^{n+1}$: само $10^n$ входит, а $10^{n+1}$ — уже начало следующего этажа. Например, на этаже $2$ лежат числа от $100$ до $1000$, на этаже $0$ — от $1$ до $10$.
| Величина | В метрах | Этаж |
|---|---|---|
| Клетка тела человека | около $0{,}00001$ | $-5$ |
| Толщина листа бумаги | $0{,}0001$ | $-4$ |
| Рост человека | около $1{,}7$ | $0$ |
| Высота Останкинской телебашни | $540$ | $2$ |
| Высота орбиты МКС | около $400\,000$ | $5$ |
| Расстояние от Земли до Луны | около $384\,400\,000$ | $8$ |
Номер этажа сразу говорит, насколько величина велика или мала. Телебашня лежит на этаже $2$, потому что $100\le540<1000$. Толщина листа равна $0{,}0001=10^{-4}$ — это первое число этажа $-4$. От этажа листа бумаги до этажа Луны $12$ шагов по лестнице, и каждый шаг — умножение на $10$. Чтобы этаж был виден прямо в записи числа, используют особую запись — стандартный вид.
Большое число: сколько этажей над единицей
Возьмем число $27\,000$. Оно лежит на этаже $4$, потому что $10\,000\le27\,000<100\,000$. Спустим его на этаж $0$, где лежат числа от $1$ до $10$. Каждый шаг вниз — деление на $10$, то есть сдвиг запятой на один знак влево:
$$27\,000\to2700\to270\to27\to2{,}7$$
Понадобилось $4$ шага. Чтобы вернуть число на его этаж, $2{,}7$ нужно $4$ раза умножить на $10$: $27\,000=2{,}7\cdot10\cdot10\cdot10\cdot10=2{,}7\cdot10^4$.
В записи $2{,}7\cdot10^4$ каждая часть говорит свое. Число $2{,}7$ показывает место числа на этаже, а показатель $4$ — номер этажа. Такую запись называют стандартной.
Определение
Стандартным видом положительного числа называют его запись в виде $a\cdot10^n$, где множитель $a$ не меньше $1$ и меньше $10$, а $n$ — целое число:
$$a\cdot10^n,\quad 1\le a<10$$
Правило
Чтобы записать в стандартном виде число, не меньшее $10$, сдвиньте запятую влево, пока перед ней не останется одна цифра. Число шагов — показатель $n$, а получившееся число — множитель $a$:
$$27\,000=2{,}7\cdot10^{4}$$
Почему значение не меняется? Каждый сдвиг запятой влево делит число на $10$, а множитель $10$ в степени возвращает его обратно. Сколько раз разделили, столько раз и умножаем.
Пример
Запишите в стандартном виде расстояние от Земли до Луны: $384\,400\,000$ м.
Решение. В целом числе запятая стоит после последней цифры: $384\,400\,000{,}$. Сдвигаем ее влево, пока перед ней не останется одна цифра: $3{,}84400000$. Это $8$ шагов, число лежит на этаже $8$.
Ответ: $384\,400\,000=3{,}844\cdot10^8$ м. Округлим множитель до десятых: расстояние до Луны примерно $3{,}8\cdot10^8$ м.
Малое число: этажи ниже нуля
Теперь число $0{,}00058$. Оно меньше $1$, значит, лежит ниже этажа $0$. Поднимем его на этаж $0$. Каждый шаг вверх — умножение на $10$, то есть сдвиг запятой на один знак вправо:
$$0{,}00058\to0{,}0058\to0{,}058\to0{,}58\to5{,}8$$
Понадобилось $4$ шага вверх, значит, число стоит на $4$ этажа ниже нулевого — на этаже $-4$.
Чтобы вернуть $5{,}8$ на место, его нужно $4$ раза разделить на $10$, то есть разделить на $10^4$. По определению из прошлого урока $\frac1{10^4}=10^{-4}$, поэтому $0{,}00058=5{,}8\cdot\frac1{10^4}=5{,}8\cdot10^{-4}$.
Правило
Сдвигайте запятую, пока перед ней не окажется одна цифра, не равная нулю. Показатель $n$ равен числу шагов. Если запятая шла влево (число не меньше $10$), показатель положительный. Если вправо (число между $0$ и $1$), показатель отрицательный. Если число уже от $1$ до $10$, сдвигать не нужно, $n=0$:
$$0{,}00058=5{,}8\cdot10^{-4},\quad 7{,}3=7{,}3\cdot10^{0}$$
Пример
Толщина листа бумаги $0{,}1$ мм. Выразите ее в метрах и запишите в стандартном виде.
Решение. В $1$ м $1000$ мм, поэтому $0{,}1$ мм $=0{,}1:1000$ м $=0{,}0001$ м. Сдвигаем запятую вправо до первой ненулевой цифры: $0{,}0001\to1$, это $4$ шага вправо, показатель $-4$.
Ответ: $0{,}0001$ м $=1\cdot10^{-4}$ м. Множитель $1$ подходит: условие $1\le a$ выполнено. Обычно его не пишут: $10^{-4}$ м.
Ошибка
Пишут $0{,}0062=62\cdot10^{-3}$ или $0{,}0062=6{,}2\cdot10^{3}$. Проверим, вернув запятую на место. $62\cdot10^{-3}=62:1000=0{,}062$ — в $10$ раз больше, чем $0{,}0062$. А $6{,}2\cdot10^3=6200$ — большое число вместо малого.
Где сломалось рассуждение. В первой записи запятую остановили на шаг раньше: множитель $62$ лежит на этаже $1$, а не на этаже $0$, нарушено условие $1\le a<10$. Во второй перепутан знак: запятая шла вправо, число меньше $1$ — этаж ниже нуля, показатель отрицательный. Верно: $0{,}0062=6{,}2\cdot10^{-3}$.
Одно число — много записей, стандартная одна
Число $12\,000$ можно записать по-разному: $12\cdot10^3$, $1{,}2\cdot10^4$, $0{,}12\cdot10^5$. Все три записи равны $12\,000$ — проверьте умножением. Но только у $1{,}2$ множитель лежит на этаже $0$, от $1$ до $10$. Поэтому только у записи $1{,}2\cdot10^4$ показатель совпадает с этажом числа: $12\,000$ лежит на этаже $4$.
Множитель $10$ тоже не подходит: $10\cdot10^3=10^4$ — это первое число следующего этажа, и его стандартный вид $1\cdot10^4$. Если же $1\le a<10$, то $10^n\le a\cdot10^n<10^{n+1}$: число лежит ровно на этаже $n$. Поэтому у каждого положительного числа стандартный вид один, и номер этажа можно прочитать прямо по показателю.
Определение
Порядком числа называют показатель $n$ в его стандартном виде $a\cdot10^n$. Порядок — номер этажа, на котором лежит число.
| Число | Стандартный вид | Множитель $a$ | Порядок |
|---|---|---|---|
| $27\,000$ | $2{,}7\cdot10^4$ | $2{,}7$ | $4$ |
| $384\,400\,000$ | $3{,}844\cdot10^8$ | $3{,}844$ | $8$ |
| $7{,}3$ | $7{,}3\cdot10^0$ | $7{,}3$ | $0$ |
| $0{,}00058$ | $5{,}8\cdot10^{-4}$ | $5{,}8$ | $-4$ |
| $0{,}0001$ | $1\cdot10^{-4}$ | $1$ | $-4$ |
Порядок — не количество нулей. В числе $27\,000$ три нуля, а порядок $4$. Порядок равен числу шагов запятой до этажа $0$, а не числу нулей в записи.
Если множитель уже вышел за этаж $0$, запись можно исправить, не возвращаясь к обычному числу. Шаг вверх по лестнице — умножение на $10$, поэтому $10^{n+1}=10^n\cdot10$. Значит, если множитель разделить на $10$, показатель нужно увеличить на $1$, а если умножить на $10$ — уменьшить на $1$:
Правило
Если в множителе сдвинуть запятую на один знак влево, показатель нужно увеличить на $1$; если вправо — уменьшить на $1$. Тогда значение числа не меняется:
$$a\cdot10^{n}=\frac{a}{10}\cdot10^{n+1}=(10a)\cdot10^{n-1}$$
Пример
Приведите к стандартному виду $0{,}5\cdot10^2$ и $37\cdot10^{-6}$.
Решение. В $0{,}5\cdot10^2$ множитель меньше $1$: сдвигаем запятую вправо на один знак, $0{,}5\to5$, показатель уменьшаем на $1$: $2-1=1$. Получаем $5\cdot10^1$. Проверка: $0{,}5\cdot100=50$ и $5\cdot10=50$.
В $37\cdot10^{-6}$ множитель больше $10$: сдвигаем запятую влево на один знак, $37\to3{,}7$, показатель увеличиваем на $1$: $-6+1=-5$. Получаем $3{,}7\cdot10^{-5}$. Проверка: обе записи равны $0{,}000037$.
Ответ: $5\cdot10^1$; $3{,}7\cdot10^{-5}$.
Обратный путь и сравнение по этажам
Чтобы перейти от стандартного вида к обычной записи, пройдите этажи обратно. Положительный показатель $n$ — $n$ шагов вверх, запятая сдвигается на $n$ знаков вправо: $6{,}03\cdot10^5=603\,000$. Отрицательный показатель — шаги вниз, запятая сдвигается влево: $3{,}9\cdot10^{-3}=0{,}0039$. Недостающие разряды заполняют нулями.
Сравнивать числа в стандартном виде удобно по этажам. Число порядка $n$ меньше $10^{n+1}$, а число большего порядка не меньше $10^{n+1}$. Значит, больше то число, которое стоит на более высоком этаже. Если этаж один и тот же, решает место на этаже — множитель.
Правило
Из двух положительных чисел в стандартном виде больше то, у которого больше порядок. Если порядки равны, больше то, у которого больше множитель:
$$2\cdot10^{-3}>9\cdot10^{-5},\quad\text{так как}\ -3>-5$$
Обратите внимание
Сравнивать по показателям можно только записи в стандартном виде. У $0{,}3\cdot10^6$ показатель $6$ больше, чем у $4\cdot10^5$, но $0{,}3\cdot10^6=300\,000<400\,000=4\cdot10^5$. Сначала приведите обе записи к стандартному виду: $3\cdot10^5<4\cdot10^5$.
Вернемся к листу бумаги. Толщина стопки — число слоев, умноженное на толщину листа $0{,}0001$ м. Умножить на $0{,}0001$ — значит сдвинуть запятую на $4$ знака влево. После $41$ сгибания слоев $2^{41}=2\,199\,023\,255\,552$, и толщина стопки $219\,902\,325{,}5552$ м $\approx2{,}2\cdot10^8$ м. После $42$ сгибаний слоев вдвое больше, толщина $439\,804\,651{,}1104$ м $\approx4{,}4\cdot10^8$ м.
Расстояние до Луны примерно $3{,}8\cdot10^8$ м. Все три числа лежат на этаже $8$, порядки равны, поэтому сравниваем множители: $2{,}2<3{,}8<4{,}4$. Значит, $41$ сгибания не хватает, а после $42$-го стопка длиннее расстояния до Луны.
Интересный факт: стандартный вид на экране калькулятора
Скрыть
Многие калькуляторы и компьютерные программы показывают очень большие и очень малые числа в стандартном виде. Только вместо $\cdot10^n$ они пишут латинскую букву E и показатель, а вместо десятичной запятой — точку. Так, 4.398046511E12 из начала урока — это $4{,}398046511\cdot10^{12}$ слоев, примерно $4{,}4\cdot10^{12}$, а запись 5.8E-4 — $5{,}8\cdot10^{-4}$.
Вывод
Стандартный вид позволяет записать коротко и без ошибок в разрядах любое положительное число — от размера клетки до расстояния до Луны. Так записывают величины в физике, химии, астрономии. Вспомнить правила поможет лестница числа $10$: показатель — номер этажа, множитель $a$ — место на этаже $0$.
| Случай | Что происходит на лестнице | Запись |
|---|---|---|
| Число $10$ и больше | Спускаем на этаж $0$: запятая влево на $n$ знаков | $a\cdot10^n$, $n>0$ |
| Число от $1$ до $10$ | Число уже на этаже $0$ | $a\cdot10^0$ |
| Число между $0$ и $1$ | Поднимаем на этаж $0$: запятая вправо на $n$ знаков | $a\cdot10^{-n}$ |
| Множитель не от $1$ до $10$ | Множитель на чужом этаже: сдвиг запятой в нем меняет показатель | $12\cdot10^3=1{,}2\cdot10^4$ |
| Проверка записи | Пройти этажи обратно и получить исходное число | $6{,}2\cdot10^{-3}=0{,}0062$ |
| Сравнение | Сначала номер этажа, при равных — место на этаже | $2{,}2\cdot10^8<3{,}8\cdot10^8$ |
Часто задаваемые вопросы
Запись $27\cdot10^3$ верна, но она не стандартная: показатель $3$ не совпадает с этажом числа, и сравнивать такие записи по показателям нельзя. Условие $1\le a<10$ делает запись единственной, и тогда показатель — это порядок числа.
Нет. Порядок — число шагов запятой до этажа $0$ со знаком. У $27\,000$ три нуля, а порядок $4$. У $0{,}0062$ после запятой два нуля, а порядок $-3$.
Стандартный вид определяют для положительных чисел. У отрицательного числа минус ставят перед записью: $-27\,000=-2{,}7\cdot10^4$. Множитель и показатель находят так же, как для числа $27\,000$.
Сделайте две проверки. Первая: множитель не меньше $1$ и меньше $10$. Вторая: пройдите этажи обратно — сдвиньте запятую на столько знаков, сколько показывает показатель, и сравните с исходным числом.
В физике и химии в стандартном виде записывают массы, расстояния, размеры частиц. В следующих уроках вы научитесь умножать и делить числа в стандартном виде с помощью свойств степеней.
Получите полный доступ ко всем материалам и занимайтесь в удобном темпе — без ограничений.
- Более 700 000 учеников и 50 000 учителей по всей России.
- Повышение среднего балла по предмету до 20 % после месяца занятий.
- Всплеск интереса к учебе и более глубокое понимание предметов.
Создайте бесплатный аккаунт — и откройте больше возможностей:
- Отслеживайте прогресс освоения тем
- Получайте персональные подборки полезных уроков и заданий
- Проводите работу над ошибками после занятий