這個計算器能做什麼
本工具可計算任意實數 \(x\) 的平方根、立方根或一般的 \(n\) 次方根。你可以只求實數根(也就是大家最熟悉的答案),也可以求出全部 \(n\) 個複數根;每個結果還能以直角座標 \(a + b\cdot i\) 或極座標 \(r \angle \theta\) 的形式呈現。這是一個純數學工具,在世界各地的算法完全相同——不涉及任何國家、貨幣或單位的假設。
使用方法
先選擇方根類型:要開平方就選「平方根」(次數 \(n = 2\)),要開立方就選「立方根」(\(n = 3\)),或選「N 次方根」並自行輸入正整數 \(n\)。接著輸入被開方數 \(x\),再決定是只要實數根還是全部複數根,選擇直角座標或極座標顯示方式,並設定要呈現幾位有效數字。位數設定只影響顯示外觀;實際運算一律採用標準雙精度浮點數。
公式解析
將 \(x\) 寫成極式 \(\rho\cdot e^{i\varphi}\),其中 \(\rho = |x|\);當 \(x\) 為非負數時 \(\varphi = 0\),當 \(x\) 為負數時 \(\varphi = \pi\)。所有 \(n\) 次方根的大小都相同,為 $$r = \rho^{1/n}.$$這 \(n\) 個相異的根會以 \(2\pi/n\) 的角度均勻分布:$$w_k = r\left[\cos\tfrac{\varphi+2\pi k}{n} + i\cdot\sin\tfrac{\varphi+2\pi k}{n}\right],$$其中 \(k = 0,1,\ldots,n-1\)。只有當某個根的虛部為零時,它才是實數根。
範例演算
以 \(x = -8\) 的立方根為例,並以直角座標求其複數根。此時 \(\rho = 8\)、\(\varphi = \pi\),所以 \(r = 8^{1/3} = 2\)。三個根分別為:\(1 + 1.7320508\cdot i\)(k=0,角度 \(60°\))、\(-2\)(k=1,角度 \(180°\)——即實數立方根),以及 \(1 - 1.7320508\cdot i\)(k=2,角度 \(300°\))。若只求實數根,唯一的答案就是 \(-2\)。
常見問題
為什麼一個正數會有兩個平方根?當 \(n\) 為偶數時,正的被開方數會同時擁有一個正實根與一個負實根,例如 2 的平方根就是 \(+1.41421356\) 與 \(-1.41421356\)。
為什麼負數開平方沒有實數根?當 \(n\) 為偶數且 \(x\) 為負數時,所有的根都不會落在實數軸上,因此「只求實根」模式會回傳「無實數根」,而複數模式仍會給出全部 \(n\) 個根。
負的 \(x\) 一定會有實數立方根嗎?是的——只要 \(n\) 為奇數,就一定恰好有一個實數根,其值為 \(-|x|^{1/n}\)。