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输入计算

数学公式

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结果

主根 (k = 0)
1 +0 i
2 root(s) total
模 |z| 1
辐角 θ
根的模 rⁿ 1
k 根 (a + b i) 角度
0 1 + 0 i
1 -1 + 0 i 180°

什么是复数开方计算器?

任何一个非零复数 \(z = a + bi\) 都恰好有 n 个互不相同的 n 次方根,本计算器可以一次性把它们全部求出来。它先把 \(z\) 转换为极坐标形式(模 \(r\) 与辐角 \(\theta\)),再借助棣莫弗定理(De Moivre's theorem),把每个根以直角坐标的 \(a + bi\) 形式列出,并附上对应的角度。这 \(n\) 个根均匀分布在复平面上一个半径为 \(r^{1/n}\) 的圆周上,相邻两根之间相差 \(360°/n\)。

如何使用

输入复数的实部(\(a\))和虚部(\(b\)),再选择开方的次数 \(n\)(例如 2 表示平方根,3 表示立方根)。计算器会返回模 \(|z|\)、以度为单位的辐角 \(\theta\)、根的模 \(r^{1/n}\),以及包含全部 \(n\) 个根的完整列表。其中主根(\(k = 0\))会在最上方突出显示。

公式详解

首先把 \(z\) 写成极坐标形式:\(r = \sqrt{a^2 + b^2}\),\(\theta = \operatorname{atan2}(b, a)\)。则 \(n\) 次方根为:

$$w_k = \sqrt[n]{r}\left[\cos\!\left(\frac{\theta + 2\pi k}{n}\right) + i\sin\!\left(\frac{\theta + 2\pi k}{n}\right)\right],\quad k = 0, 1, \dots, n-1.$$

每个根的模都相同,都是 \(r^{1/n}\);变化的只有角度,每递增一步角度就增加 \(2\pi/n\)。

复数的五个 n 次方根均匀分布在圆上
n 个根位于半径为 r^(1/n) 的圆上,彼此相隔 2π/n 均匀分布。
在复平面上以模 r 和辐角 theta 表示的复数 z
复数 z = a + bi 在复平面上用其模 r 和辐角 θ 表示。

实例演算

求 \(z = -1\)(\(a = -1\),\(b = 0\),\(n = 2\))的平方根。此时 \(r = 1\),\(\theta = 180°\)。根的模为 \(1^{1/2} = 1\)。两个角度分别为 \(180°/2 = 90°\) 和 \((180° + 360°)/2 = 270°\)。于是两个根为 \(\cos 90° + i\sin 90° = \) i 和 \(\cos 270° + i\sin 270° = \) −i。这正是 \(-1\) 的两个平方根。

常见问题

为什么恰好有 n 个根?因为给辐角加上 \(2\pi\) 的任意整数倍,得到的仍是同一个复数;除以 \(n\) 后,在角度开始重复之前会产生 \(n\) 个互不相同的角度。

z = 0 怎么办?零只有一个根,就是 0。计算器会返回 0 + 0i。

角度用的是度还是弧度?为了便于阅读,结果以度数显示;而底层运算使用的是弧度。

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