规定两数aa,bb之间的一种运算,记作(a,b)(a,b):如果ac=ba^{c}=b,那么(a,b)=c(a,b)=c. 例如:因为23=82^{3}=8,所以(2,8)=3(2,8)=3. (1) 根据上述规定,填空: (3,27)=(3,27)=,(5,1)=(5,1)=,(2,14)=(2,\dfrac{1}{4} )=__. (2)小明在研究这种运算时发现一个现象:(3n,4n)=(3,4)(3^{n},4^{n})=(3,4),小明给出了如下的证明: 设(3n,4n)=x(3^{n},4^{n})=x,则(3n)x=4n(3^{n})^{x}=4^{n},即(3x)n=4n(3^{x})^{n}=4^{n} 所以3x=43^{x}=4,即(3,4)=x(3,4)=x, 所以(3n,4n)=(3,4)(3^{n},4^{n})=(3,4). 请你尝试运用这种方法证明下面这个等式:(3,4)+(3,5)=(3,20)(3,4)+(3,5)=(3,20)

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完整解法

(1)

1. 根据运算规定计算 $(3,27)$

设 (3,27)=c1(3,27) = c_1,根据定义可得 3c1=273^{c_1} = 27.
因为 33=273^3 = 27,所以 c1=3c_1 = 3,即 (3,27)=3(3,27) = 3.

2. 根据运算规定计算 $(5,1)$

设 (5,1)=c2(5,1) = c_2,根据定义可得 5c2=15^{c_2} = 1.
因为 50=15^0 = 1,所以 c2=0c_2 = 0,即 (5,1)=0(5,1) = 0.

3. 根据运算规定计算 $(2,\dfrac{1}{4})$

设 (2,14)=c3(2,\dfrac{1}{4}) = c_3,根据定义可得 2c3=142^{c_3} = \dfrac{1}{4}.
因为 2−2=142^{-2} = \dfrac{1}{4},所以 c3=−2c_3 = -2,即 (2,14)=−2(2,\dfrac{1}{4}) = -2.

答案

3, 0, -2

(2)

1. 设出未知数并转换为指数表达式

设 (3,4)=x(3,4)=x,(3,5)=y(3,5)=y.
根据运算规定,可得 3x=43^x = 4,3y=53^y = 5.

2. 利用指数幂的性质得到等式关系

由指数幂的乘法性质,得:
3x+y=3x⋅3y=4×5=203^{x+y} = 3^x \cdot 3^y = 4 \times 5 = 20.

3. 利用运算规定得出最终结论

因为 3x+y=203^{x+y} = 20,
依据定义,可得 (3,20)=x+y(3,20) = x+y.
所以 (3,4)+(3,5)=(3,20)(3,4) + (3,5) = (3,20).

答案

证明见解析

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