Gebrochene Exponenten und Wurzeln beschreiben dieselbe Operation. Das folgende Zerfallsmodell zeigt mit einer halben Stunde, warum ein Exponent von einem Halb einer Quadratwurzel entspricht.
Nehmen wir an, beschreibt die im Körper verbleibende Menge eines Medikaments Stunden nach der Einnahme. Die Anfangsmenge beträgt Einheiten und halbiert sich in jeder Stunde:
f(x)
x
50
f(x)=50(0,5)x
Dreißig Minuten sind eine halbe Stunde. Deshalb lautet die richtige Eingabe:
x=6030=21
Nach dreißig Minuten verbleibt somit folgende Menge:
f(21)=50(0,5)21=500,5≈35,36
Die Gleichheit (0,5)21=0,5 verbindet die Potenzschreibweise mit der Wurzelschreibweise. Das Modell misst x in Stunden. Daher bedeutet x=30 dreißig Stunden.
Für a>0, m∈Z und eine ganze Zahl n≥1 lautet die reelle Definition:
anm=(na)m=nam
Damit können wir zwischen gebrochenen Exponenten und Wurzeln wechseln, ohne den Wert zu verändern. Ist n ungerade, können auch negative reelle Zahlen eine reelle nte Wurzel besitzen. Ist n gerade, hat eine negative Zahl unter der Wurzel keine reelle Wurzel.
Zuerst schreiben wir beide Wurzeln als Potenzen. Dann multiplizieren wir die Koeffizienten und addieren die Exponenten bei Faktoren mit gleicher Basis:
Eine Wurzel lässt sich nicht auf eine Summe verteilen. Im Allgemeinen gilt:
a+b=a+b
Ein einziges Gegenbeispiel genügt, um die vermeintliche Identität zu widerlegen. Setzen wir a=4 und b=9:
4+94+913=13=2+3=5=5
Wähle Quadratzahlen, damit beide Ausdrücke exakte ganze Zahlen ergeben:
16+9=25=5
16+9=4+3=7
Da 5=7 gilt, sind die beiden Ausdrücke nicht austauschbar. Die Summe bleibt unter der Wurzel, solange kein gültiger algebraischer Schritt sie verändert.