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平方根

數學中,一個數平方根指的是滿足的數,即平方結果等於的數。例如,4和-4都是16的平方根,因为

算术平方根的數學表示式

任意非負實數都有唯一的非負平方根,称为算术平方根主平方根(英語:principal square root),記為,其中的符号称作根号。例如,9的算术平方根为3,记作 ,因为并且3非负。被求平方根的数称作被开方数(英語:radicand),是根号下的数字或者表达式,即例子中的数字9。

正数有兩個互为相反数的平方根:正数与负数,可以将两者一起记为

負數的平方根在複數系中有定義。而實際上,對任何定義了開平方運算的數學物件都可考慮其“平方根”(例如矩陣的平方根)。

  • MS的Excel中和大部分程式語言以 "sqrt()"表示。

历史 编辑

耶鲁大学的巴比伦藏品YBC 7289是一块泥板,制作于前1800年前1600年之间。泥板上是一个画了两条对角线正方形,标注了 六十进制数字 1;24,51,10。[1]十六进制的 1;24,51,10 即十进制的 1.41421296,精确到了小数点后5位(1.41421356...)。

莱因德数学纸草书大约成书于前1650年,内容抄写自更早年代的教科书。书中展示了埃及人使用反比法求平方根的过程。[2]

古印度的《绳法经》大约成书于前800年前500年之间,书中记载了将2的平方根的计算精确到小数点后5位的方法。

古希腊的《几何原本》大约成书于前380年,书中还阐述了如果正整数不是完全平方数,那么它的平方根就一定是无理数——一种无法以两个整数的比值表示的数(无法写作m/n,其中mn是整数)。[3]

中国的《》成书于汉朝(约前202年前186年之间),书中介绍了使用盈不足术求平方根的方法。

古代未有劃一的平方根符號時,人們通常使用他們語言內開方這個字的首個字母的變型作為開方號。

中世紀時,拉丁語中的latus(正方形邊)的首個字母“L”被不少歐洲人採用;亨利·布里格斯在其著作《Arithmetica Logarithmica》中則用橫線當成latus的簡寫,在被開方的數下畫一線。

最有影響的是拉丁語的radix(平方根),1220年Leconardo在《Practica geometriae》中使用℞(R右下角的有一斜劃,像P和x的合體);⎷(沒有上面的橫劃)是由克里斯多福·魯登道夫在1525年的書Coss首次使用,據說是小寫r的變型;后来数学家笛卡尔给其加上线括号,但与前面的方根符号是分开的(即“⎷‾”),因此在复杂的式子中它显得很乱。直至18世纪中叶,数学家卢贝将前面的方根符号与线括号一笔写成,并将根指数写在根号的左上角,以表示高次方根(当根指数为2时,省略不写),从而形成了现在人們熟知的开方运算符号 

實數 编辑

 的平方根亦可用指數表示,如:

 

 絕對值可用 的算數平方根表示:

 

正數 编辑

 
函數 圖,半拋物線與垂直準線。

若正整數 平方數,則其平方根是整數。若正整數 不是平方數,則其平方根是無理數

對於正數  ,以下式成立:

 

負數 编辑

負數的平方根在複數範圍内同樣有定義。

负数有兩個平方根,它们为一对共轭纯虚数

虛數單位 可將負數 的平方根表示為

 ,其中 

例如-5的平方根有两个,它们分别为  

對於負數  ,以下式成立:

 

负数与複數 编辑

正数和负数的平方都是正数,0的平方是0,因此负数没有实数平方根。然而,我们可以把我们所使用的数字集合扩大,加入负数的平方根,这样的集合就是複數。首先需要引入一个实数集之外的新数字,记作 (也可以记作 ,比如电学场景中 一般表示电流),称之为虚数单位,定义即为 ,故 是-1的平方根,而且 ,所以 也是-1的平方根。通常称-1的算术平方根是 ,如果 是任意非负实数,则 的算术平方根就是:

 

之所以等式右侧(包括其对应的负值)是 的算术平方根,是因为:

 

对于任何一个非零的复数 都存在两个複数 使得 

虚数的算术平方根 编辑

 
复数平面中, 的两个平方根

虚数 的算术平方根可以根据以下公式计算:

 

这个公式可以通过用代数方法推导,只需找到特定的实数  ,满足

 

就可以得到方程组

 

的解:

 

其中,算术平方根即为

 

这个公式还可以通过棣莫弗公式得到,设

 

就可以推出

 

复数的算术平方根 编辑

 
极坐标下,复数 的几个方根

首先,我们将复数  看作是平面上的点,即笛卡尔坐标系中的 点。这个点也可以写作极坐标 ,其中 ,是该点到坐标原点的距离, 则是从原点到该点的直线与实数坐标轴( 轴)的夹角。复分析中,通常把该点记作 。如果

 

那么我们将 的算术平方根定义为:

 

因此,平方根函数除了在非正实数轴上以外是处处全纯的。  的泰勒级数也适用于复数 

上面的公式还可以用三角函数的形式表达:

 

代数公式 编辑

如果使用笛卡尔坐标的形式表达复数 z,其算术平方根可以使用如下公式:[4][5]

 

其中,方根虚部的符号与被开方数虚部的符号相同(为0时取正);主值英语Principal value实部永远非负。

在虛數裡,平方根函數的值不是連續的,以下等式不一定成立:

  •  
  •  
  •  

所以這是錯誤的:

 

多项式 编辑

例:若  

2的算术平方根 编辑

數學史中,最重要的平方根可以說是 ,它代表邊長為1的正方形對角線長,是第一個公認的無理數,也叫毕达哥拉斯常数,其值到小數點14位約為1.4142135623731。

 是無理數,可由歸謬法證明:

  1.  有理數,可表示為 ,其中  互質之正整數。
  2. 因為 ,故 是2的倍數, 也是2的倍數,記為 ,其中 為正整數。
  3. 但是 ,故  是2的倍數, 也是2的倍數。
  4. 依上兩式,  都是2的倍數,和  為互質之正整數的前題矛盾。依歸謬法,得證 不是有理數,即 是無理數。

計算方法 编辑

因數計算 编辑

 


注意,6 的质因数分解为 2 × 3,不能写成某个数的平方,因此   就是最简结果 。

中算开方 编辑

 
北宋贾宪增乘开平方法

九章算术》和《孙子算经》都有筹算的开方法。宋代数学家贾宪发明释锁开平方法、增乘开平方法明代数学家王素文,程大位发明珠算开平方法,而朱载堉算学新说》首创用81位算盘开方,精确到25位数字[6]

長除式算法 编辑

長除式算平方根的方式也稱為直式開方法,原理是 

  1. 首先將要開平方根的數從小數點分別向右及向左每兩個位一組分開,如98765.432內小數點前的65是一組,87是一組,9是一組,小數點後的43是一組,之後是單獨一個2,要補一個0而得20是一組。如1 04.85 73得四組,順序為1' 04. 85' 73'。
  2. 將最左的一組的數減去最接近又少於它的平方數,並將該平方數的開方(應該是個位數)記下。
  3. 將上一步所得之差乘100,和下一組數加起來。
  4. 將記下的數乘20,然後將它加上某個個位數,再乘以該個個位數,令這個積不大於但最接近上一步所得之差,並將該個個位數記下,且將上一步所得之差減去所得之積。
  5. 記下的數一次隔兩位記下。
  6. 重覆第3步,直到找到答案。
  7. 可以在數字的最右補上多組的00'以求得理想的精確度為止。

下面以 為例子:

 

 

四捨五入得答案為14.14。

事實上,將算法稍作改動,可以開任何次方的根,詳見n次方算法。

利用高精度长式除法可以计算出1至20的平方根如下:

    1
    1.4142135623 7309504880 1688724209 6980785696 7187537694 8073176679 7379907324 78462
    1.7320508075 6887729352 7446341505 8723669428 0525381038 0628055806 9794519330 16909
    2
    2.2360679774 9978969640 9173668731 2762354406 1835961152 5724270897 2454105209 25638
    2.4494897427 8317809819 7284074705 8913919659 4748065667 0128432692 5672509603 77457
    2.6457513110 6459059050 1615753639 2604257102 5918308245 0180368334 4592010688 23230
    2.8284271247 4619009760 3377448419 3961571393 4375075389 6146353359 4759814649 56924
    3
    3.1622776601 6837933199 8893544432 7185337195 5513932521 6826857504 8527925944 38639
    3.3166247903 5539984911 4932736670 6866839270 8854558935 3597058682 1461164846 42609
    3.4641016151 3775458705 4892683011 7447338856 1050762076 1256111613 9589038660 33818
    3.6055512754 6398929311 9221267470 4959462512 9657384524 6212710453 0562271669 48293
    3.7416573867 7394138558 3748732316 5493017560 1980777872 6946303745 4673200351 56307
    3.8729833462 0741688517 9265399782 3996108329 2170529159 0826587573 7661134830 91937
    4
    4.1231056256 1766054982 1409855974 0770251471 9922537362 0434398633 5730949543 46338
    4.2426406871 1928514640 5066172629 0942357090 1562613084 4219530039 2139721974 35386
    4.3588989435 4067355223 6981983859 6156591370 0392523244 4936890344 1381595573 28203
    4.4721359549 9957939281 8347337462 5524708812 3671922305 1448541794 4908210418 51276

牛頓法 编辑

如果要求 的平方根,選取 

 

例子:求 至6位有效數字

 
 
 
 
 
 

因此 .

連分數 编辑

平方根可以简便地用连分数的形式表示,关于连分数请见连分数,其中1至20的算术平方根分别可用连分数表示为:
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

连分数部分均循环,省略号前为2或4个循环节。

巴比倫方法 编辑

巴比伦求平方根的算法实际上很简单:(假设要求一个数N的平方根)

  1. 预测一个平方根 ,初始另一个值 ,且 
  2. 求预测值与初始值的均值: ,  
  3. 比较  的差值是否达到精度,如果无,继续步骤

重複的算術運算 编辑

這個方法是從佩爾方程演變過來的,它通過不斷減去奇數來求得答案。

尺规作图 编辑

問題 编辑

給定線段AB和1,求一條長為 的線段。

解法 编辑

 
  1. 畫線AB,延長BAC使 
  2. BC的中點為圓心,OC為半徑畫圓
  3. ABC的垂直線,垂直線和圓弧交於DAD即為所求之長度

證明 编辑

將整個過程搬到直角座標上,已知AC=1,設

  • O= 
  • AB= 
  1. 直徑為BC的圓就是 (圓的方程式: )(其中 表示半径。)
  2.  A,D所在的x座標)代入上面的方程式
  3.  
  4. 解方程,得 

另也可参见射影定理

 
射影定理(图)

参见 编辑

外部链接 编辑

參考資料 编辑

  1. ^ . ubc.ca. [19 January 2015]. (原始内容存档于2020-03-12). 
  2. ^ Anglin, W.S. (1994). Mathematics: A Concise History and Philosophy. New York: Springer-Verlag.
  3. ^ Heath, Sir Thomas L. The Thirteen Books of The Elements, Vol. 3. Cambridge University Press. 1908: 3. 
  4. ^ Abramowitz, Milton; Stegun, Irene A. Handbook of mathematical functions with formulas, graphs, and mathematical tables. Courier Dover Publications. 1964: 17. ISBN 0-486-61272-4. (原始内容于2016-04-23). , Section 3.7.27, p. 17 互联网档案馆的,存档日期2009-09-10.
  5. ^ Cooke, Roger. Classical algebra: its nature, origins, and uses. John Wiley and Sons. 2008: 59. ISBN 0-470-25952-3. (原始内容于2016-04-23). 
  6. ^ 劳汉生《珠算与实用算术》ISBN 7-5375-1891-2/O

平方根, 在數學中, 一個數x, displaystyle, 的y, displaystyle, 指的是滿足y, displaystyle, 的數, 即平方結果等於x, displaystyle, 的數, 例如, 4和, 4都是16的, 因为4, displaystyle, 算术的數學表示式任意非負實數x, displaystyle, 都有唯一的非負, 称为算术或主, 英語, principal, square, root, 記為x, displaystyle, sqrt, 其中的符号, displaystyle,. 在數學中 一個數x displaystyle x 的平方根y displaystyle y 指的是滿足y 2 x displaystyle y 2 x 的數 即平方結果等於x displaystyle x 的數 例如 4和 4都是16的平方根 因为4 2 4 2 16 displaystyle 4 2 4 2 16 算术平方根的數學表示式任意非負實數x displaystyle x 都有唯一的非負平方根 称为算术平方根或主平方根 英語 principal square root 記為x displaystyle sqrt x 其中的符号 displaystyle sqrt quad 称作根号 例如 9的算术平方根为3 记作 9 3 displaystyle sqrt 9 3 因为3 2 3 3 9 displaystyle 3 2 3 times 3 9 并且3非负 被求平方根的数称作被开方数 英語 radicand 是根号下的数字或者表达式 即例子中的数字9 正数x displaystyle x 有兩個互为相反数的平方根 正数x displaystyle sqrt x 与负数 x displaystyle sqrt x 可以将两者一起记为 x displaystyle pm sqrt x 負數的平方根在複數系中有定義 而實際上 對任何定義了開平方運算的數學物件都可考慮其 平方根 例如矩陣的平方根 MS的Excel中和大部分程式語言以 sqrt 表示 目录 1 历史 2 實數 2 1 正數 2 2 負數 3 负数与複數 3 1 虚数的算术平方根 3 2 复数的算术平方根 3 3 代数公式 4 多项式 5 2的算术平方根 6 計算方法 6 1 因數計算 6 2 中算开方 6 3 長除式算法 6 4 牛頓法 6 5 連分數 6 6 巴比倫方法 6 7 重複的算術運算 6 8 尺规作图 6 8 1 問題 6 8 2 解法 6 8 3 證明 7 参见 8 外部链接 9 參考資料历史 编辑耶鲁大学的巴比伦藏品YBC 7289是一块泥板 制作于前1800年到前1600年之间 泥板上是一个画了两条对角线正方形 标注了2 displaystyle sqrt 2 nbsp 的六十进制数字 1 24 51 10 1 十六进制的 1 24 51 10 即十进制的 1 41421296 精确到了小数点后5位 1 41421356 莱因德数学纸草书大约成书于前1650年 内容抄写自更早年代的教科书 书中展示了埃及人使用反比法求平方根的过程 2 古印度的 绳法经 大约成书于前800年到前500年之间 书中记载了将2的平方根的计算精确到小数点后5位的方法 古希腊的 几何原本 大约成书于前380年 书中还阐述了如果正整数不是完全平方数 那么它的平方根就一定是无理数 一种无法以两个整数的比值表示的数 无法写作m n 其中m和n是整数 3 中国的 书 成书于汉朝 约前202年到前186年之间 书中介绍了使用盈不足术求平方根的方法 古代未有劃一的平方根符號時 人們通常使用他們語言內開方這個字的首個字母的變型作為開方號 中世紀時 拉丁語中的latus 正方形邊 的首個字母 L 被不少歐洲人採用 亨利 布里格斯在其著作 Arithmetica Logarithmica 中則用橫線當成latus 的簡寫 在被開方的數下畫一線 最有影響的是拉丁語的radix 平方根 1220年Leconardo在 Practica geometriae 中使用 R右下角的有一斜劃 像P和x的合體 沒有上面的橫劃 是由克里斯多福 魯登道夫在1525年的書Coss首次使用 據說是小寫r的變型 后来数学家笛卡尔给其加上线括号 但与前面的方根符号是分开的 即 因此在复杂的式子中它显得很乱 直至18世纪中叶 数学家卢贝将前面的方根符号与线括号一笔写成 并将根指数写在根号的左上角 以表示高次方根 当根指数为2时 省略不写 从而形成了现在人們熟知的开方运算符号n displaystyle sqrt n nbsp 實數 编辑x displaystyle x nbsp 的平方根亦可用指數表示 如 x 1 2 x displaystyle x frac 1 2 sqrt x nbsp x displaystyle x nbsp 的絕對值可用x 2 displaystyle x 2 nbsp 的算數平方根表示 x x 2 x x 0 x x lt 0 displaystyle x sqrt x 2 left begin cases x amp x geq 0 x amp x lt 0 end cases right nbsp 正數 编辑 nbsp 函數f x x displaystyle f x sqrt x nbsp 圖 半拋物線與垂直準線 若正整數x displaystyle x nbsp 是平方數 則其平方根是整數 若正整數x displaystyle x nbsp 不是平方數 則其平方根是無理數 對於正數x displaystyle x nbsp y displaystyle y nbsp 以下式成立 x y x y x y x y displaystyle begin aligned sqrt x sqrt y amp sqrt xy frac sqrt x sqrt y amp sqrt frac x y end aligned nbsp 負數 编辑 負數的平方根在複數範圍内同樣有定義 负数有兩個平方根 它们为一对共轭的纯虚数 以虛數單位i 1 displaystyle i sqrt 1 nbsp 可將負數x displaystyle x nbsp 的平方根表示為 x i displaystyle pm sqrt x i nbsp 其中 x i x displaystyle sqrt x i sqrt x nbsp 例如 5的平方根有两个 它们分别为5 i displaystyle sqrt 5 i nbsp 和 5 i displaystyle sqrt 5 i nbsp 對於負數x displaystyle x nbsp y displaystyle y nbsp 以下式成立 x y x i y i x y i 2 x y x y x i y i x y x y displaystyle begin aligned sqrt x sqrt y amp sqrt x i times sqrt y i sqrt xy i 2 sqrt xy frac sqrt x sqrt y amp frac sqrt x i sqrt y i sqrt frac x y sqrt frac x y end aligned nbsp 负数与複數 编辑正数和负数的平方都是正数 0的平方是0 因此负数没有实数平方根 然而 我们可以把我们所使用的数字集合扩大 加入负数的平方根 这样的集合就是複數 首先需要引入一个实数集之外的新数字 记作i displaystyle i nbsp 也可以记作j displaystyle j nbsp 比如电学场景中i displaystyle i nbsp 一般表示电流 称之为虚数单位 定义即为i 2 1 displaystyle i 2 1 nbsp 故i displaystyle i nbsp 是 1的平方根 而且 i 2 i 2 1 displaystyle i 2 i 2 1 nbsp 所以 i displaystyle i nbsp 也是 1的平方根 通常称 1的算术平方根是i displaystyle i nbsp 如果x displaystyle x nbsp 是任意非负实数 则 x displaystyle x nbsp 的算术平方根就是 x i x displaystyle sqrt x i sqrt x nbsp 之所以等式右侧 包括其对应的负值 是 x displaystyle x nbsp 的算术平方根 是因为 i x 2 i 2 x 2 1 x x displaystyle i sqrt x 2 i 2 sqrt x 2 1 x x nbsp 对于任何一个非零的复数z displaystyle z nbsp 都存在两个複数w displaystyle w nbsp 使得w 2 z displaystyle w 2 z nbsp 虚数的算术平方根 编辑 nbsp 复数平面中 i displaystyle i nbsp 的两个平方根虚数i displaystyle i nbsp 的算术平方根可以根据以下公式计算 i 2 2 i 2 2 2 2 1 i displaystyle sqrt i frac sqrt 2 2 i frac sqrt 2 2 frac sqrt 2 2 1 i nbsp 这个公式可以通过用代数方法推导 只需找到特定的实数a displaystyle a nbsp 和b displaystyle b nbsp 满足 i a b i 2 a 2 2 a b i b 2 displaystyle begin aligned i amp a bi 2 amp a 2 2abi b 2 end aligned nbsp 就可以得到方程组 2 a b 1 a 2 b 2 0 displaystyle begin cases 2ab 1 a 2 b 2 0 end cases nbsp 的解 a b 2 2 displaystyle a b pm frac sqrt 2 2 nbsp 其中 算术平方根即为 a b 2 2 displaystyle a b frac sqrt 2 2 nbsp 这个公式还可以通过棣莫弗公式得到 设 i cos p 2 i sin p 2 displaystyle i cos left frac pi 2 right i sin left frac pi 2 right nbsp 就可以推出 i cos p 2 i sin p 2 1 2 cos p 4 i sin p 4 2 2 i 2 2 2 2 1 i displaystyle begin aligned sqrt i amp left cos left frac pi 2 right i sin left frac pi 2 right right frac 1 2 amp cos left frac pi 4 right i sin left frac pi 4 right amp frac sqrt 2 2 i frac sqrt 2 2 amp frac sqrt 2 2 1 i end aligned nbsp 复数的算术平方根 编辑 nbsp 极坐标下 复数z displaystyle z nbsp 的几个方根首先 我们将复数x i y displaystyle x iy nbsp 看作是平面上的点 即笛卡尔坐标系中的 x y displaystyle x y nbsp 点 这个点也可以写作极坐标的 r f displaystyle r varphi nbsp 其中r 0 displaystyle r geq 0 nbsp 是该点到坐标原点的距离 f displaystyle varphi nbsp 则是从原点到该点的直线与实数坐标轴 x displaystyle x nbsp 轴 的夹角 复分析中 通常把该点记作r e i f displaystyle re i varphi nbsp 如果 z r e i f p lt f p displaystyle z re i varphi pi lt varphi leq pi nbsp 那么我们将z displaystyle z nbsp 的算术平方根定义为 z r e i f 2 displaystyle sqrt z sqrt r e frac i varphi 2 nbsp 因此 平方根函数除了在非正实数轴上以外是处处全纯的 1 x displaystyle sqrt 1 x nbsp 的泰勒级数也适用于复数x x lt 1 displaystyle x left vert x right vert lt 1 nbsp 上面的公式还可以用三角函数的形式表达 r cos f i sin f r cos f 2 i sin f 2 displaystyle sqrt r left cos varphi i sin varphi right sqrt r left cos frac varphi 2 i sin frac varphi 2 right nbsp 代数公式 编辑 如果使用笛卡尔坐标的形式表达复数 z 其算术平方根可以使用如下公式 4 5 z z ℜ z 2 i z ℜ z 2 displaystyle sqrt z sqrt frac z Re z 2 pm i sqrt frac z Re z 2 nbsp 其中 方根虚部的符号与被开方数虚部的符号相同 为0时取正 主值 英语 Principal value 实部永远非负 在虛數裡 平方根函數的值不是連續的 以下等式不一定成立 z w z w displaystyle sqrt zw sqrt z sqrt w nbsp w z w z displaystyle frac sqrt w sqrt z sqrt frac w z nbsp z z displaystyle sqrt z left sqrt z right nbsp 所以這是錯誤的 1 i i 1 1 1 1 1 1 displaystyle 1 i cdot i sqrt 1 cdot sqrt 1 sqrt 1 cdot 1 sqrt 1 1 nbsp 多项式 编辑参见 因式分解 例 若x R displaystyle x in mathbb R nbsp x 4 2 x 2 1 x 2 1 2 x 2 1 x 2 1 displaystyle sqrt x 4 2x 2 1 sqrt x 2 1 2 x 2 1 x 2 1 nbsp 2的算术平方根 编辑數學史中 最重要的平方根可以說是2 displaystyle sqrt 2 nbsp 它代表邊長為1的正方形的對角線長 是第一個公認的無理數 也叫毕达哥拉斯常数 其值到小數點14位約為1 4142135623731 2 displaystyle sqrt 2 nbsp 是無理數 可由歸謬法證明 設2 displaystyle sqrt 2 nbsp 為有理數 可表示為p q displaystyle frac p q nbsp 其中p displaystyle p nbsp q displaystyle q nbsp 為互質之正整數 因為 2 2 p 2 q 2 2 displaystyle left sqrt 2 right 2 frac p 2 q 2 2 nbsp 故p 2 displaystyle p 2 nbsp 是2的倍數 p displaystyle p nbsp 也是2的倍數 記為2 k displaystyle 2k nbsp 其中k displaystyle k nbsp 為正整數 但是2 q 2 p 2 4 k 2 displaystyle 2q 2 p 2 4k 2 nbsp 故q 2 2 k 2 displaystyle q 2 2k 2 nbsp q 2 displaystyle q 2 nbsp 是2的倍數 q displaystyle q nbsp 也是2的倍數 依上兩式 p displaystyle p nbsp q displaystyle q nbsp 都是2的倍數 和p displaystyle p nbsp q displaystyle q nbsp 為互質之正整數的前題矛盾 依歸謬法 得證2 displaystyle sqrt 2 nbsp 不是有理數 即2 displaystyle sqrt 2 nbsp 是無理數 計算方法 编辑因數計算 编辑 24 2 2 6 2 2 6 2 6 displaystyle sqrt 24 sqrt 2 2 cdot 6 sqrt 2 2 sqrt 6 2 sqrt 6 nbsp 注意 6 的质因数分解为 2 3 不能写成某个数的平方 因此 2 6 displaystyle 2 sqrt 6 nbsp 就是最简结果 中算开方 编辑 nbsp 北宋贾宪增乘开平方法 九章算术 和 孙子算经 都有筹算的开方法 宋代数学家贾宪发明释锁开平方法 增乘开平方法 明代数学家王素文 程大位发明珠算开平方法 而朱载堉 算学新说 首创用81位算盘开方 精确到25位数字 6 長除式算法 编辑 長除式算平方根的方式也稱為直式開方法 原理是 a b 2 a 2 2 a b b 2 a 2 2 a b b displaystyle a b 2 a 2 2ab b 2 a 2 2a b b nbsp 首先將要開平方根的數從小數點分別向右及向左每兩個位一組分開 如98765 432內小數點前的65是一組 87是一組 9是一組 小數點後的43是一組 之後是單獨一個2 要補一個0而得20是一組 如1 04 85 73得四組 順序為1 04 85 73 將最左的一組的數減去最接近又少於它的平方數 並將該平方數的開方 應該是個位數 記下 將上一步所得之差乘100 和下一組數加起來 將記下的數乘20 然後將它加上某個個位數 再乘以該個個位數 令這個積不大於但最接近上一步所得之差 並將該個個位數記下 且將上一步所得之差減去所得之積 記下的數一次隔兩位記下 重覆第3步 直到找到答案 可以在數字的最右補上多組的00 以求得理想的精確度為止 下面以200 displaystyle sqrt 200 nbsp 為例子 1 4 1 4 2 2 00 00 00 00 1 1 1 2 1 00 a 1 0 b 4 96 2 a b b 2 4 4 96 100 4 00 a 1 4 0 b 1 2 81 2 a b b 28 1 1 281 400 1 19 00 a 1 4 1 0 b 4 1 12 96 2 a b b 282 4 4 11296 11900 6 04 00 a 1 4 1 4 0 b 2 5 65 64 2 a b b 2828 2 2 56564 60400 38 36 displaystyle begin array ll quad color Red 1 color Green 4 color Blue 1 color Purple 4 color Orange 2 sqrt 2 00 00 00 00 quad underline 1 quad amp quad color Red 1 times color Red 1 leq 2 quad 1 00 amp a color Red 1 0 b color Green 4 quad underline 96 quad amp quad Rightarrow 2a b b 2 color Green 4 times color Green 4 96 leq 100 qquad 4 00 amp a color Red 1 color Green 4 0 b color Blue 1 qquad underline 2 81 quad amp quad Rightarrow 2a b b 28 color Blue 1 times color Blue 1 281 leq 400 qquad 1 19 00 amp a color Red 1 color Green 4 color Blue 1 0 b color Purple 4 qquad underline 1 12 96 quad amp quad Rightarrow 2a b b 282 color Purple 4 times color Purple 4 11296 leq 11900 qquad quad 6 04 00 amp a color Red 1 color Green 4 color Blue 1 color Purple 4 0 b color Orange 2 qquad quad underline 5 65 64 amp quad Rightarrow 2a b b 2828 color Orange 2 times color Orange 2 56564 leq 60400 qquad quad quad 38 36 end array nbsp 200 14 14213562373095048801668872421 displaystyle sqrt 200 approx 14 14213562373095048801668872421 nbsp 四捨五入得答案為14 14 事實上 將算法稍作改動 可以開任何次方的根 詳見n次方算法 利用高精度长式除法可以计算出1至20的平方根如下 1 displaystyle sqrt 1 nbsp displaystyle nbsp 12 displaystyle sqrt 2 nbsp displaystyle approx nbsp 1 4142135623 7309504880 1688724209 6980785696 7187537694 8073176679 7379907324 784623 displaystyle sqrt 3 nbsp displaystyle approx nbsp 1 7320508075 6887729352 7446341505 8723669428 0525381038 0628055806 9794519330 169094 displaystyle sqrt 4 nbsp displaystyle nbsp 25 displaystyle sqrt 5 nbsp displaystyle approx nbsp 2 2360679774 9978969640 9173668731 2762354406 1835961152 5724270897 2454105209 256386 displaystyle sqrt 6 nbsp displaystyle approx nbsp 2 4494897427 8317809819 7284074705 8913919659 4748065667 0128432692 5672509603 774577 displaystyle sqrt 7 nbsp displaystyle approx nbsp 2 6457513110 6459059050 1615753639 2604257102 5918308245 0180368334 4592010688 232308 displaystyle sqrt 8 nbsp displaystyle approx nbsp 2 8284271247 4619009760 3377448419 3961571393 4375075389 6146353359 4759814649 569249 displaystyle sqrt 9 nbsp displaystyle nbsp 310 displaystyle sqrt 10 nbsp displaystyle approx nbsp 3 1622776601 6837933199 8893544432 7185337195 5513932521 6826857504 8527925944 3863911 displaystyle sqrt 11 nbsp displaystyle approx nbsp 3 3166247903 5539984911 4932736670 6866839270 8854558935 3597058682 1461164846 4260912 displaystyle sqrt 12 nbsp displaystyle approx nbsp 3 4641016151 3775458705 4892683011 7447338856 1050762076 1256111613 9589038660 3381813 displaystyle sqrt 13 nbsp displaystyle approx nbsp 3 6055512754 6398929311 9221267470 4959462512 9657384524 6212710453 0562271669 4829314 displaystyle sqrt 14 nbsp displaystyle approx nbsp 3 7416573867 7394138558 3748732316 5493017560 1980777872 6946303745 4673200351 5630715 displaystyle sqrt 15 nbsp displaystyle approx nbsp 3 8729833462 0741688517 9265399782 3996108329 2170529159 0826587573 7661134830 9193716 displaystyle sqrt 16 nbsp displaystyle nbsp 417 displaystyle sqrt 17 nbsp displaystyle approx nbsp 4 1231056256 1766054982 1409855974 0770251471 9922537362 0434398633 5730949543 4633818 displaystyle sqrt 18 nbsp displaystyle approx nbsp 4 2426406871 1928514640 5066172629 0942357090 1562613084 4219530039 2139721974 3538619 displaystyle sqrt 19 nbsp displaystyle approx nbsp 4 3588989435 4067355223 6981983859 6156591370 0392523244 4936890344 1381595573 2820320 displaystyle sqrt 20 nbsp displaystyle approx nbsp 4 4721359549 9957939281 8347337462 5524708812 3671922305 1448541794 4908210418 51276牛頓法 编辑 如果要求S S gt 1 displaystyle S S gt 1 nbsp 的平方根 選取1 lt x 0 lt S displaystyle 1 lt x 0 lt S nbsp x n 1 1 2 x n S x n displaystyle x n 1 frac 1 2 left x n frac S x n right nbsp 例子 求125348 displaystyle sqrt 125348 nbsp 至6位有效數字 x 0 3 6 729 000 displaystyle x 0 3 6 729 000 nbsp x 1 1 2 x 0 S x 0 1 2 729 000 125348 729 000 450 472 displaystyle x 1 frac 1 2 left x 0 frac S x 0 right frac 1 2 left 729 000 frac 125348 729 000 right 450 472 nbsp x 2 1 2 x 1 S x 1 1 2 450 472 125348 450 472 364 365 displaystyle x 2 frac 1 2 left x 1 frac S x 1 right frac 1 2 left 450 472 frac 125348 450 472 right 364 365 nbsp x 3 1 2 x 2 S x 2 1 2 364 365 125348 364 365 354 191 displaystyle x 3 frac 1 2 left x 2 frac S x 2 right frac 1 2 left 364 365 frac 125348 364 365 right 354 191 nbsp x 4 1 2 x 3 S x 3 1 2 354 191 125348 354 191 354 045 displaystyle x 4 frac 1 2 left x 3 frac S x 3 right frac 1 2 left 354 191 frac 125348 354 191 right 354 045 nbsp x 5 1 2 x 4 S x 4 1 2 354 045 125348 354 045 354 045 displaystyle x 5 frac 1 2 left x 4 frac S x 4 right frac 1 2 left 354 045 frac 125348 354 045 right 354 045 nbsp 因此125348 354 045 displaystyle sqrt 125348 approx 354 045 nbsp 連分數 编辑 平方根可以简便地用连分数的形式表示 关于连分数请见连分数 其中1至20的算术平方根分别可用连分数表示为 1 1 displaystyle sqrt 1 1 nbsp 2 1 2 2 2 2 displaystyle sqrt 2 1 2 2 2 2 nbsp 3 1 1 2 1 2 displaystyle sqrt 3 1 1 2 1 2 nbsp 4 2 displaystyle sqrt 4 2 nbsp 5 2 4 4 4 4 displaystyle sqrt 5 2 4 4 4 4 nbsp 6 2 2 4 2 4 displaystyle sqrt 6 2 2 4 2 4 nbsp 7 2 1 1 1 4 1 1 1 4 displaystyle sqrt 7 2 1 1 1 4 1 1 1 4 nbsp 8 2 1 4 1 4 displaystyle sqrt 8 2 1 4 1 4 nbsp 9 3 displaystyle sqrt 9 3 nbsp 10 3 6 6 6 6 displaystyle sqrt 10 3 6 6 6 6 nbsp 11 3 3 6 3 6 displaystyle sqrt 11 3 3 6 3 6 nbsp 12 3 2 6 2 6 displaystyle sqrt 12 3 2 6 2 6 nbsp 13 3 1 1 1 1 6 1 1 1 1 6 displaystyle sqrt 13 3 1 1 1 1 6 1 1 1 1 6 nbsp 14 3 1 2 1 6 1 2 1 6 displaystyle sqrt 14 3 1 2 1 6 1 2 1 6 nbsp 15 3 1 6 1 6 displaystyle sqrt 15 3 1 6 1 6 nbsp 16 4 displaystyle sqrt 16 4 nbsp 17 4 8 8 8 8 displaystyle sqrt 17 4 8 8 8 8 nbsp 18 4 4 8 4 8 displaystyle sqrt 18 4 4 8 4 8 nbsp 19 4 2 1 3 1 2 8 2 1 3 1 2 8 displaystyle sqrt 19 4 2 1 3 1 2 8 2 1 3 1 2 8 nbsp 20 4 2 8 2 8 displaystyle sqrt 20 4 2 8 2 8 nbsp 连分数部分均循环 省略号前为2或4个循环节 巴比倫方法 编辑 主条目 巴比倫方法 英语 Babylonian method 巴比伦求平方根的算法实际上很简单 假设要求一个数N的平方根 预测一个平方根x displaystyle x nbsp 初始另一个值y displaystyle y nbsp 且x y N displaystyle xy N nbsp 求预测值与初始值的均值 x x y 2 displaystyle x frac x y 2 nbsp y N x displaystyle y frac N x nbsp 比较x displaystyle x nbsp 和y displaystyle y nbsp 的差值是否达到精度 如果无 继续步骤重複的算術運算 编辑 這個方法是從佩爾方程演變過來的 它通過不斷減去奇數來求得答案 尺规作图 编辑 問題 编辑 給定線段AB和1 求一條長為A B displaystyle sqrt AB nbsp 的線段 解法 编辑 nbsp 畫線AB 延長BA至C使A C 1 displaystyle AC 1 nbsp 以BC的中點為圓心 OC為半徑畫圓 過A畫BC的垂直線 垂直線和圓弧交於D AD即為所求之長度證明 编辑 將整個過程搬到直角座標上 已知AC 1 設 O 0 0 displaystyle 0 0 nbsp AB n displaystyle n nbsp 直徑為BC的圓就是x 2 y 2 n 1 2 2 displaystyle x 2 y 2 left frac n 1 2 right 2 nbsp 圓的方程式 x 2 y 2 r 2 displaystyle x 2 y 2 r 2 nbsp 其中r displaystyle r nbsp 表示半径 將 n 1 2 1 displaystyle left frac n 1 2 1 right nbsp A D所在的x座標 代入上面的方程式 n 1 2 1 2 y 2 n 1 2 2 displaystyle left frac n 1 2 1 right 2 y 2 left frac n 1 2 right 2 nbsp 解方程 得y n displaystyle y sqrt n nbsp 另也可参见射影定理 nbsp 射影定理 图 参见 编辑方根 增乘开平方法 二项式定理 牛顿法外部链接 编辑Earliest Uses of Symbols of Operation 英文 The History of Mathematical Symbols The radical symbol 开方公式的推导 页面存档备份 存于互联网档案馆 平方根計算器 页面存档备份 存于互联网档案馆 英文 參考資料 编辑 nbsp 数学主题 Analysis of YBC 7289 ubc ca 19 January 2015 原始内容存档于2020 03 12 Anglin W S 1994 Mathematics A Concise History and Philosophy New York Springer Verlag Heath Sir Thomas L The Thirteen Books of The Elements Vol 3 Cambridge University Press 1908 3 Abramowitz Milton Stegun Irene A Handbook of mathematical functions with formulas graphs and mathematical tables Courier Dover Publications 1964 17 ISBN 0 486 61272 4 原始内容存档于2016 04 23 Section 3 7 27 p 17 互联网档案馆的存檔 存档日期2009 09 10 Cooke Roger Classical algebra its nature origins and uses John Wiley and Sons 2008 59 ISBN 0 470 25952 3 原始内容存档于2016 04 23 劳汉生 珠算与实用算术 ISBN 7 5375 1891 2 O 取自 https zh wikipedia org w index php title 平方根 amp oldid 79865520, 维基百科,wiki,书籍,书籍,图书馆,

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