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数学公式

数学公式: 平方根、立方根与 n 次方根计算器(支持复数根)
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  1. The n complex roots

    The n complex roots: 平方根、立方根与 n 次方根计算器(支持复数根)

    For k = 0,1,...,n-1 with phi = 0 when x >= 0 and phi = pi when x < 0.

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结果

x 的主根
1.4142135623731
degree n = 2, magnitude r = 1.4142135624
#
0 1.4142135623731
1 -1.4142135623731
根的个数 2
公共模长 r 1.4142135624

这个计算器能做什么

本工具可以计算任意实数 \(x\) 的平方根、立方根,或任意正整数次的 \(n\) 次方根。你既可以只取那个我们最熟悉的实数根,也可以一次性求出全部 \(n\) 个复数根;每个结果都能以直角坐标形式 \(a + b\cdot i\) 或极坐标形式 \(r \angle \theta\) 显示。它是一款纯数学工具,在任何地区都通用——不涉及任何国家、货币或单位的假设。

使用方法

先选择根的类型:求平方根选「平方根」(次数 \(n = 2\)),求立方根选「立方根」(\(n = 3\)),或选「n 次方根」并自行输入一个正整数 \(n\)。接着输入被开方数 \(x\),再选择是只要实数根还是要全部复数根,挑选直角坐标或极坐标显示方式,并设定保留的有效数字位数。位数只影响显示效果,底层运算始终采用标准的双精度浮点数。

公式解析

把 \(x\) 写成极坐标形式 \(\rho\cdot e^{i\varphi}\),其中 \(\rho = |x|\);当 \(x\) 为非负数时 \(\varphi = 0\),当 \(x\) 为负数时 \(\varphi = \pi\)。所有 \(n\) 个根的模长都相同,即 $$r = \rho^{1/n}$$ 这 \(n\) 个互不相同的根在复平面上以 \(2\pi/n\) 的角度均匀分布:$$w_k = r\left[\cos\tfrac{\varphi+2\pi k}{n} + i\cdot\sin\tfrac{\varphi+2\pi k}{n}\right]$$ 其中 \(k = 0,1,\ldots,n-1\)。只有当某个根的虚部为零时,它才是实数根。

复平面上一个圆周上等间距排列的五个 n 次方根
\(n\) 个复根均匀分布在半径为 \(|x|^{1/n}\) 的圆上。

实例演示

以求 \(x = -8\) 的立方根为例,要求列出复数根并用直角坐标形式表示。此时 \(\rho = 8\),\(\varphi = \pi\),所以 \(r = 8^{1/3} = 2\)。三个根分别为:\(1 + 1.7320508\cdot i\)(\(k=0\),角度 \(60^\circ\))、\(-2\)(\(k=1\),角度 \(180^\circ\),即那个实数立方根),以及 \(1 - 1.7320508\cdot i\)(\(k=2\),角度 \(300^\circ\))。若只取实数根,唯一的答案就是 \(-2\)。

用极径和极角以及直角坐标分量 a 和 b 表示的一个复数
极坐标形式 \((r, \theta)\) 与直角坐标形式 \(a + bi\) 相对应。

常见问题

为什么一个正数有两个平方根? 当 \(n\) 为偶数时,正的被开方数同时拥有一个正实根和一个负实根。例如 2 的平方根既是 \(+1.41421356\),也是 \(-1.41421356\)。

为什么负数的平方根没有实数根? 当 \(n\) 为偶数且 \(x\) 为负数时,所有根都不会落在实轴上,因此「仅实数根」模式会提示「无实数根」,而复数模式仍会返回全部 \(n\) 个根。

负数 x 是否总有一个实数立方根? 是的——只要 \(n\) 为奇数,就恰好存在一个实数根,其值等于 \(-|x|^{1/n}\)。

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