Primero, supongamos que x no es 0.
Una forma de entender la respuesta a su pregunta es considerar la secuencia [matemáticas] x ^ 0, x ^ 1, x ^ 2, x ^ 3,… [/ matemáticas]
Avanzamos en la secuencia multiplicando por [matemáticas] x [/ matemáticas]: [matemáticas] (x ^ 2) (x) = x ^ 3 [/ matemáticas]. Nos movemos hacia atrás en la secuencia dividiendo entre [matemáticas] x [/ matemáticas]. Por lo tanto, [matemática] x ^ 0 [/ matemática], que es lo que está antes de [matemática] x [/ matemática], se puede encontrar dividiendo [matemática] x [/ matemática] por [matemática] x [/ matemática]: [matemáticas] x ^ 0 = \ frac {x} {x} = 1 [/ matemáticas].
Otra forma de entenderlo: tenemos una regla general para exponentes, [math] (x ^ a) (x ^ b) = x ^ {a + b} [/ math]. Esto se puede mostrar muy bien con ejemplos enteros (y es posible, aunque un poco más difícil, hacer lo mismo con exponentes racionales):
[matemáticas] (7 ^ 2) (7 ^ 3) = (7 \ cdot 7) (7 \ cdot 7 \ cdot 7) = (7 \ cdot 7 \ cdot 7 \ cdot 7 \ cdot 7) = 7 ^ 5. [/matemáticas]
Cuando combina un grupo de sietes con otro grupo de sietes, puede sumar el tamaño de esos dos grupos para determinar qué tan grande será el grupo resultante. Este pensamiento da lugar tanto a la propiedad distributiva como a la propiedad del exponente general anterior.
Tenga en cuenta que cuando [math] a = 0 [/ math], esta propiedad dice que
[matemáticas] (x ^ 0) (x ^ b) = x ^ {0 + b} [/ matemáticas], que es lo mismo que [matemáticas] x ^ b [/ matemáticas]. Es decir,
[matemáticas] (x ^ 0) (x ^ b) = x ^ b [/ matemáticas].
Asumiendo que [math] x [/ math] no es 0, podemos dividir entre [math] x ^ b [/ math] en ambos lados para obtener:
[matemáticas] x ^ 0 = 1 [/ matemáticas].
Esta segunda explicación sugiere una idea más amplia, que presentaré con su análogo aditivo.
Si un determinado objeto cuesta $ 12, entonces cinco de ese objeto cuestan $ 60 (porque 5 * 12 = 60). Del mismo modo, cero de ese objeto cuesta $ 0, porque 0 * 12 = 0. El costo total de [matemática] N [/ matemática] de estos objetos es la suma de copias [matemática] N [/ matemática] de $ 12. En el caso de que [matemáticas] N = 0 [/ matemáticas], estamos hablando de sumar sin copias de $ 12; Esto se llama una suma vacía y su valor es la identidad aditiva , 0.
Si pensamos en la multiplicación de acuerdo con una interpretación geométrica común, cambios de escala , entonces podemos usar exponentes para repetir un cambio de escala dado tantas veces como queramos. Por ejemplo (gracias, Dan Meyer), podríamos usar una máquina copiadora para reducir un billete de un dólar a solo el 80% de su tamaño. Cada vez que hacemos esto, multiplicamos su longitud por 0.8. Es decir, si reducimos un billete de un dólar tres veces (es decir, la copia n. ° 1 es 80% más grande que el billete de un dólar, la copia n. ° 2 es 80% tan grande como la copia n. ° 1 y la copia n. ° 3 es 80% tan grande como copia # 2), entonces la longitud de la salida final (copia # 3) es (0.8) ^ 3 veces la longitud del dólar original. Del mismo modo, podemos usar la expresión [matemáticas] (0.8) ^ N [/ matemáticas] para describir el cambio de escala que nos lleva de la factura original para copiar # [matemáticas] N [/ matemáticas].
Pero, ¿y si [matemáticas] N = 0 [/ matemáticas]? Esto significa que en realidad no reducimos el billete de un dólar. Multiplicamos su longitud por 0.8 no veces . No estoy diciendo que multipliquemos su longitud por 0; más bien, en realidad no multiplicamos su longitud por nada. Esto da el mismo resultado que multiplicar por 1. Para resumir en un lenguaje que es paralelo a lo que dije anteriormente sobre la suma: en el caso de que [matemáticas] N = 0 [/ matemáticas], estamos hablando de multiplicar por ninguna copia de 0.8; Esto se llama un producto vacío y su valor es la identidad multiplicativa , 1.
En el caso [math] x = 0 [/ math], estamos hablando de la expresión muy especial [math] 0 ^ 0 [/ math]. Hay contextos (como las series de potencia) en los que es útil definir esto como 1, aunque la mayoría de mis intentos anteriores de justificar este fracaso. A veces es mejor simplemente dejar [matemáticas] 0 ^ 0 [/ matemáticas] indefinido. Podríamos tener una discusión mucho más detallada sobre [matemáticas] 0 ^ 0 [/ matemáticas], pero sospecho que esto queda fuera del alcance de su pregunta.
Una última cosa: usted y su hijastro podrían encontrar útil explorar estos gráficos en una utilidad gráfica interactiva como GeoGebra o DESMOS. Por ejemplo, vaya a la página DESMOS y haga clic en “comenzar a graficar”. Ingrese la función [matemáticas] y = x ^ a [/ matemáticas]. DESMOS le ofrecerá un botón para crear un control deslizante para [math] a [/ math]. Haz clic en ese botón. Ahora mueva el control deslizante para ajustar el valor de [matemática] a [/ matemática] y vea qué sucede. (La construcción es similar en GeoGebra, pero construye el control deslizante antes de la función).