Это статья об извлечении корней . См. также Корень уравнения и Корень многочлена .

Корень ${\displaystyle n}$ -й степени из числа ${\displaystyle a}$ определяется как такое число ${\displaystyle b}$ , что ${\displaystyle b^{n}=a.}$ Здесь ${\displaystyle n}$ — натуральное число , называемое показателем корня (или степенью корня); как правило, оно больше или равно 2, потому что случай ${\displaystyle n=1}$ не представляет интереса.

Обозначение: ${\displaystyle b={\sqrt[{n}]{a}},}$ символ ( знак корня ) в правой части называется радикалом . Число ${\displaystyle a}$ ( подкоренное выражение ) чаще всего вещественное или комплексное , но существуют и обобщения для других математических объектов , например, вычетов , матриц и операторов , см. ниже .

Примеры для вещественных чисел:

• Корнями 2-й степени из числа 9 являются ${\displaystyle +3}$ и ${\displaystyle -3,}$ у обоих этих чисел квадраты совпадают и равны 9
• ${\displaystyle {\sqrt[{3}]{\ 64}}=4,}$ потому что ${\displaystyle 4^{3}=64.}$
• ${\displaystyle {\sqrt[{3}]{\frac {8}{27}}}={\frac {2}{3}},}$ потому что ${\displaystyle \left({\frac {2}{3}}\right)^{3}={\frac {8}{27}}.}$

Как видно из первого примера, у вещественного корня чётной степени могут быть два значения (положительное и отрицательное), и это затрудняет работу с такими корнями, не позволяя использовать их в арифметических вычислениях. Чтобы обеспечить однозначность, вводится понятие арифметического корня (из неотрицательного вещественного числа), значение которого всегда неотрицательно, в первом примере это число ${\displaystyle 3.}$ Кроме того, принято соглашение, по которому знак корня чётной степени из вещественного числа всегда обозначает арифметический корень : ${\displaystyle {\sqrt[{2}]{9}}=3.}$ Если требуется учесть двузначность корня, перед радикалом ставится знак плюс-минус ; например, так делается в формуле решения квадратного уравнения ${\displaystyle ax^{2}+bx+c=0}$ :

${\displaystyle x_{1,2}={\frac {-b\pm {\sqrt {b^{2}-4ac}}}{2a}}}$

Вещественные корни чётной степени из отрицательных чисел не существуют. Из комплексного числа всегда можно извлечь корень любой степени, но результат определён неоднозначно — комплексный корень ${\displaystyle n}$ -й степени из ненулевого числа имеет ${\displaystyle n}$ различных значений (см. ).

Операция извлечения корня и алгоритмы её реализации появились в глубокой древности в связи с практическими потребностями геометрии и астрономии, см. .

Определение и связанные понятия

Кроме приведенного выше, можно дать два равносильных определения корня :

• Корень ${\displaystyle n}$ -й степени из числа ${\displaystyle a}$ есть решение ${\displaystyle x}$ уравнения ${\displaystyle x^{n}=a}$ (отметим, что решений может быть несколько или ни одного).
• Корень ${\displaystyle n}$ -й степени из числа ${\displaystyle a}$ есть корень многочлена ${\displaystyle x^{n}-a,}$ то есть значение ${\displaystyle x}$ , при котором указанный многочлен равен нулю.

Операция вычисления ${\displaystyle {\sqrt[{n}]{a}}}$ называется « извлечением корня ${\displaystyle n}$ -й степени» из числа ${\displaystyle a}$ . Это одна из двух операций, обратных по отношению к возведению в степень , а именно — нахождение основания степени ${\displaystyle b}$ по известному показателю ${\displaystyle n}$ и результату возведения в степень ${\displaystyle a=b^{n}}$ . Вторая обратная операция, логарифмирование , находит показатель степени по известным основанию и результату.

Корни второй и третьей степени употребляются особенно часто и поэтому имеют специальные названия .

• Квадратный корень : ${\displaystyle {\sqrt {a}}.}$ В этом случае показатель степени 2 обычно опускается, а термин «корень» без указания степени чаще всего подразумевает квадратный корень. Геометрически ${\displaystyle {\sqrt {a}}}$ можно истолковать как длину стороны квадрата , площадь которого равна ${\displaystyle a}$ .
• Кубический корень : ${\displaystyle {\sqrt[{3}]{a}}.}$ Геометрически ${\displaystyle {\sqrt[{3}]{a}}}$ — это длина ребра куба , объём которого равен ${\displaystyle a}$ .

Корни из вещественных чисел

В данном разделе всюду ${\displaystyle n}$ — натуральное число, ${\displaystyle a,b}$ — вещественные числа. Корень ${\displaystyle n}$ -й степени из вещественного числа ${\displaystyle a}$ , в зависимости от чётности ${\displaystyle n}$ и знака ${\displaystyle a}$ , может иметь от 0 до 2 вещественных значений.

Общие свойства

• Корень нечётной степени из положительного числа — положительное число, однозначно определенное.

${\displaystyle {\sqrt[{n}]{a}}=b}$ ,   где ${\displaystyle a,b>0,}$ ${\displaystyle n}$ — нечётное

Например, ${\displaystyle {\sqrt[{3}]{125}}=5,\ {\sqrt[{5}]{32}}=2,\ {\sqrt[{15}]{1}}=1}$

• Корень нечётной степени из отрицательного числа — отрицательное число, однозначно определенное.

${\displaystyle {\sqrt[{n}]{a}}=b}$ ,   где ${\displaystyle a,b<0,}$ ${\displaystyle n}$ — нечётное

Например, ${\displaystyle {\sqrt[{3}]{-8}}=-2,\ {\sqrt[{5}]{-243}}=-3,\ {\sqrt[{7}]{-1}}=-1}$

• Корень чётной степени из положительного числа имеет два значения с противоположными знаками, но равными по модулю.

${\displaystyle \pm {\sqrt[{n}]{a}}=\pm b}$ ,   где ${\displaystyle a,b>0,}$ ${\displaystyle n}$ — чётное

Например, ${\displaystyle \pm {\sqrt {4}}=\pm 2,\ \ \pm {\sqrt[{4}]{81}}=\pm 3,\ \ \pm {\sqrt[{10}]{1024}}=\pm 2}$

• Корень чётной степени из отрицательного числа не существует в области вещественных чисел , поскольку при возведении любого вещественного числа в степень с чётным показателем результатом будет неотрицательное число. , как извлекать такие корни в более широкой системе — множестве комплексных чисел (тогда значениями корня будут ${\displaystyle n}$ комплексных чисел).

${\displaystyle {\sqrt[{n}]{a}}}$ не существует в области вещественных чисел , если ${\displaystyle a<0,}$ ${\displaystyle n}$ — чётное

• Корень любой натуральной степени из нуля — ноль.

${\displaystyle {\sqrt[{n}]{0}}=0}$

Предостережение

Как сказано выше: «Корень чётной степени из отрицательного числа не существует в области вещественных чисел ». При этом в области комплексных чисел такой корень существует. Поэтому следует всегда учитывать, в какой числовой системе (вещественных или комплексных чисел) мы извлекаем корень.

1. Пример. В области вещественных чисел, квадратный корень из ${\displaystyle -9}$ не существует.
2. Пример. В области комплексных чисел, квадратный корень из ${\displaystyle -9}$ равен ${\displaystyle \pm 3i.}$

Арифметический корень

Выше уже говорилось, что корни чётной степени определены, вообще говоря, неоднозначно, и этот факт создаёт неудобства при их использовании. Поэтому было введено практически важное ограничение этого понятия .

Арифметический корень ${\displaystyle n}$ -й степени из неотрицательного вещественного числа ${\displaystyle a}$ — это неотрицательное число ${\displaystyle b}$ , для которого ${\displaystyle b^{n}=a.}$ Обозначается арифметический корень знаком радикала .

Таким образом, арифметический корень, в отличие от корня общего вида ( алгебраического ), определяется только для неотрицательных вещественных чисел, а его значение всегда существует, однозначно и неотрицательно. Например, квадратный корень из числа ${\displaystyle 4}$ имеет два значения: ${\displaystyle 2}$ и ${\displaystyle -2}$ , из них арифметическим является первое.

Алгебраические свойства

Приведённые ниже формулы верны, прежде всего, для арифметических корней любой степени (кроме особо оговоренных случаев). Они справедливы также для корней нечётной степени, у которых допускаются и отрицательные подкоренные выражения .

• Взаимопогашение корня и степени:
  • для нечётного ${\displaystyle n}$ : ${\displaystyle {\sqrt[{n}]{a^{n}}}=a}$ ,
  • для чётного ${\displaystyle n}$ : ${\displaystyle {\color {blue}{\sqrt[{\color {black}n}]{\color {black}{a^{n}}}}}=|a|}$
• Если ${\displaystyle a<b}$ , то и ${\displaystyle {\color {blue}{\sqrt[{\color {black}n}]{\color {black}{a}}}}<{\color {blue}{\sqrt[{\color {black}n}]{\color {black}{b}}}}}$

Корень из произведения равен произведению корней из сомножителей:

• ${\displaystyle {\color {blue}{\sqrt[{\color {black}n}]{\color {black}{ab}}}}={\color {blue}{\sqrt[{\color {black}n}]{\color {black}{a}}}}{\color {blue}{\sqrt[{\color {black}n}]{\color {black}{b}}}}}$

Аналогично для деления:

• ${\displaystyle {\color {blue}{\sqrt[{\color {black}n}]{\color {black}{\frac {a}{b}}}}}={\frac {\color {blue}{\sqrt[{\color {black}n}]{\color {black}{a}}}}{\color {blue}{\sqrt[{\color {black}n}]{\color {black}{b}}}}},\;b\neq 0}$

Следующее равенство есть определение возведения в дробную степень :

• ${\displaystyle a^{m/n}={\color {blue}{\sqrt[{\color {black}n}]{\color {black}{a^{m}}}}}=\left({\color {blue}{\sqrt[{\color {black}n}]{\color {black}{a}}}}\right)^{m}=\left(a^{1/n}\right)^{m}}$

Величина корня не изменится, если его показатель и степень подкоренного выражения разделить на одно и то же число (множитель показателя степени и показатель степени подкоренного выражения):

• ${\displaystyle {\color {blue}{\sqrt[{\color {black}nk}]{\color {black}{a^{mk}}}}}={\color {blue}{\sqrt[{\color {black}n}]{\color {black}{a^{m}}}}},\;n,k\in \mathbb {N} .}$ Пример: ${\displaystyle {\color {blue}{\sqrt[{\color {black}6}]{\color {black}{64}}}}={\color {blue}{\sqrt[{\color {black}{2\cdot 3}}]{\color {black}{4^{3}}}}}={\color {blue}{\sqrt {\color {black}{4}}}}=2}$
• ${\displaystyle {\color {blue}{\sqrt[{\color {black}n}]{\color {blue}{\sqrt[{\color {black}k}]{\color {black}{a}}}}}}={\color {blue}{\sqrt[{\color {black}nk}]{\color {black}{a}}}},\;n,k\in \mathbb {N} }$

Для корней нечётной степени укажем дополнительное свойство:

• ${\displaystyle {\sqrt[{n}]{-a}}=-{\sqrt[{n}]{a}}}$

Извлечение корня и возведение в дробную степень

Операция возведения в степень первоначально была введена как сокращённая запись операции умножения натуральных чисел: ${\displaystyle m^{n}={\color {Gray}\underbrace {\color {Black}m\cdot m\cdot \dots \cdot m} _{\color {Black}n}}}$ . Следующим шагом было определение возведения в произвольную целую, в том числе отрицательную, степень: ${\displaystyle m^{-n}={\frac {1}{m^{n}}}.}$

Операция извлечения арифметического корня позволяет определить возведение положительного числа в любую рациональную (дробную) степень :

${\displaystyle a^{\frac {m}{n}}={\color {blue}{\sqrt[{\color {black}n}]{\color {black}{a^{m}}}}},}$ ${\displaystyle a>0}$

При этом числитель ${\displaystyle m}$ дроби ${\displaystyle {\frac {m}{n}}}$ может иметь знак. Свойства расширенной операции в основном аналогичны возведению в целую степень.

Это определение означает, что извлечение корня и обратное к нему возведение в степень фактически объединяются в одну алгебраическую операцию. В частности:

${\displaystyle {\color {blue}{\sqrt[{\color {black}n}]{\color {black}{a}}}}=a^{\frac {1}{n}}}$

Попытки возведения в рациональную степень отрицательных чисел могут привести к ошибкам, поскольку значение алгебраического корня неоднозначно, а область значений арифметического корня ограничена неотрицательными числами. Пример возможной ошибки:

${\displaystyle -1=(-1)^{2\ \cdot \ {\frac {1}{2}}}=\left({(-1)^{2}}\right)^{\frac {1}{2}}=1^{\frac {1}{2}}={\color {blue}{\sqrt {\color {black}1}}}=1}$

Функция корня

• Графики функций корня
• 
  Функции корня и обратные к ним степенные функции на интервале ${\displaystyle [0;\ 1]}$
• 
  Функции корня:
  — арифметический, чётные степени 2, 4, 6
  — общий, нечётные степени 3, 5, 7

Если рассматривать подкоренное выражение как переменную, мы получим функцию корня ${\displaystyle n}$ -й степени: ${\displaystyle y={\sqrt[{n}]{x}}}$ . Функция корня относится к категории алгебраических функций . График любой функции корня проходит через начало координат и точку ${\displaystyle (1;\ 1)}$ .

Как сказано выше, для корня чётной степени, чтобы обеспечить однозначность функции, корень должен быть арифметическим, так что аргумент ${\displaystyle x}$ неотрицателен. Функция корня нечётной степени однозначна и существует для любого вещественного значения аргумента.

Тип функции корня	Область определения	Область значений	Другие свойства
Чётной степени	${\displaystyle [0;\ +\infty )}$	${\displaystyle [0;\ +\infty )}$	Функция выпукла вверх на всей области определения
Нечётной степени	${\displaystyle (-\infty ;+\infty )}$	${\displaystyle (-\infty ;+\infty )}$	Функция нечётна

Для любой степени функция корня строго возрастает, непрерывна всюду внутри своей области определения. Неограниченно дифференцируема всюду, кроме начала координат, где производная обращается в бесконечность . Производная определяется по формуле :

${\displaystyle {\frac {d}{dx}}{\sqrt[{n}]{x}}={\frac {1}{n{\sqrt[{n}]{x^{n-1}}}}}}$ . В частности, ${\displaystyle {\frac {d}{dx}}{\sqrt {x}}={\frac {1}{2{\sqrt {x}}}}}$ .

Функция неограниченно интегрируема во всей области определения. Неопределенный интеграл ищется по формуле:

${\displaystyle \int {\sqrt[{n}]{x}}\;dx={\frac {\sqrt[{n}]{x^{n+1}}}{1+{\frac {1}{n}}}}+C}$ . В частности, ${\displaystyle \int {\sqrt {x}}\;dx={\frac {2{\sqrt {x^{3}}}}{3}}+C}$ , где ${\displaystyle C}$ — произвольная постоянная.

Предельные соотношения

Приведём несколько полезных пределов , содержащих корни .

${\displaystyle \lim _{n\to \infty }{\sqrt[{n}]{n}}=\lim _{n\to \infty }{\sqrt[{n}]{\ln n}}=1}$

${\displaystyle \lim _{n\to \infty }n\left({\sqrt[{n}]{x}}-1\right)=\lim _{n\to \infty }n\left(1-{\frac {1}{\sqrt[{n}]{x}}}\right)=\ln x}$

${\displaystyle \lim _{x\to 0}{\frac {{\sqrt[{n}]{(x+1)^{m}}}-1}{x}}={\frac {m}{n}}}$

${\displaystyle \lim _{n\to \infty }\left({\frac {{\sqrt[{n}]{a}}+{\sqrt[{n}]{b}}}{2}}\right)^{n}={\sqrt {ab}}}$

Практическое вычисление корней

Функция вычисления квадратных и кубических корней предусмотрена во многих калькуляторах; например, калькулятор Windows показывает соответствующие кнопки в режиме «Инженерный» (Научный). Если на электронном калькуляторе есть клавиша возведения в степень: ${\displaystyle y^{x},}$ то для извлечения корня из текущего числа надо нажать следующие клавиши .

${\displaystyle y^{x}}$

Набрать показатель корня

Нажать клавишу ${\displaystyle 1/x}$

Нажать клавишу ${\displaystyle =}$

Для расчёта вручную можно использовать быстро сходящийся метод, изложенный в статье « Алгоритм нахождения корня n-ной степени ». Для степеней выше третьей можно использовать логарифмическое тождество :

${\displaystyle {\sqrt[{n}]{x}}=a^{\frac {\log _{a}(x)}{n}}=e^{\frac {\ln(x)}{n}}}$

Для извлечения корня надо найти логарифм подкоренного выражения, разделить на степень корня и найти антилогарифм результата.

Корни из комплексных чисел

Зарождение понятия комплексного числа исторически было связано с желанием «легализовать» квадратные корни из отрицательных чисел. Как постепенно выяснилось, комплексные числа обладают богатыми алгебраическими и аналитическими свойствами; в частности, извлечение корней из них всегда возможно, хотя и неоднозначно. Для корней в комплексной области знак радикала обычно либо не используется, либо обозначает не функцию корня, а множество всех корней; в последнем случае, во избежание ошибок, знак радикала не должен использоваться в арифметических операциях. Пример возможной ошибки:

${\displaystyle -1=({\sqrt {-1}})^{2}={\sqrt {(-1)^{2}}}={\sqrt {1}}=1}$ (что, конечно, неверно)

Ошибка возникла из-за того, что неарифметический квадратный корень является многозначной функцией , и его нельзя использовать в арифметических действиях.

Способы нахождения

Запишем комплексное число ${\displaystyle z}$ в тригонометрической форме :

${\displaystyle z=r\left(\cos {\varphi }+i\sin {\varphi }\right)}$ .

Тогда корни ${\displaystyle n}$ -й степени из ${\displaystyle z}$ определяются формулой Муавра (тригонометрическая форма) :

${\displaystyle {\sqrt[{n}]{z}}={\color {blue}{\sqrt[{\color {black}n}]{\color {black}{r}}}}\left(\cos {\frac {\varphi +2\pi k}{n}}+i\sin {\frac {\varphi +2\pi k}{n}}\right),\;k=0,1,\dots ,n-1}$

или в показательной форме :

${\displaystyle z=re^{i\varphi }}$

${\displaystyle {\sqrt[{n}]{z}}={\color {blue}{\sqrt[{\color {black}n}]{\color {black}{r}}}}e^{\left(i{\frac {\varphi +2\pi k}{n}}\right)},\;k=0,1,\dots ,n-1}$

Обозначения ${\displaystyle z=x+iy,\ z\in \mathbb {C} }$ (комплексное число), ${\displaystyle x=\operatorname {Re} (z)\in \mathbb {R} }$ (действительная часть комплексного числа), ${\displaystyle y=\operatorname {Im} (z)\in \mathbb {R} }$ (мнимая часть комплексного числа), ${\displaystyle i}$ — мнимая единица , ${\displaystyle r=|z|={\color {blue}{\sqrt {\color {black}{x^{2}+y^{2}}}}}}$ (модуль комплексного числа), ${\displaystyle \varphi =\operatorname {arg} z=\operatorname {arctg} {\frac {y}{x}}}$ (аргумент комплексного числа), ${\displaystyle e}$ — основание натурального логарифма .

Корень степени ${\displaystyle n}$ из ненулевого комплексного числа имеет ${\displaystyle n}$ значений (это следствие основной теоремы алгебры ), и все они различны. Значение корня, получаемое при ${\displaystyle k=0}$ , часто называется главным .

Поскольку для всех значений корня величина модуля одинакова (он определяется как арифметический корень из модуля изначального комплексного числа), а меняется лишь его аргумент , все ${\displaystyle n}$ значений корня располагаются на комплексной плоскости на окружности радиуса ${\displaystyle {\color {blue}{\sqrt[{\color {black}n}]{\color {black}{r}}}}}$ c центром в начале координат. Корни делят эту окружность на ${\displaystyle n}$ равных частей.

Примеры

Найдём ${\displaystyle {\sqrt {-4}}}$ . Поскольку ${\displaystyle -4=4(\cos {\pi }+i\sin {\pi }),}$ по формуле получаем:

${\displaystyle {\sqrt {-4}}=2\left(\cos {\frac {\pi +2\pi k}{2}}+i\sin {\frac {\pi +2\pi k}{2}}\right),\;k=0,1}$

При ${\displaystyle k=0}$ получим первый корень ${\displaystyle 2i}$ , при ${\displaystyle k=1}$ получим второй корень ${\displaystyle (-2i).}$

Другой пример: найдём ${\displaystyle {\sqrt[{4}]{-16}}}$ . Представим подкоренное выражение в тригонометрической форме:

${\displaystyle -16=16\ (\cos(\pi +2k\pi )+i\sin(\pi +2k\pi ))}$

По формуле Муавра получаем:

${\displaystyle z_{k}={\sqrt[{4}]{-16}}={\sqrt[{4}]{16}}\left(\cos {\frac {\pi +2k\pi }{4}}+i\sin {\frac {\pi +2k\pi }{4}}\right)}$

В итоге имеем четыре значения корня :

${\displaystyle z_{0}=2\left(\cos {\frac {\pi }{4}}+i\sin {\frac {\pi }{4}}\right)={\sqrt {2}}\ (1+i)}$

${\displaystyle z_{1}=2\left(\cos {\frac {3\pi }{4}}+i\sin {\frac {3\pi }{4}}\right)={\sqrt {2}}\ (-1+i)}$

${\displaystyle z_{2}=2\left(\cos {\frac {5\pi }{4}}+i\sin {\frac {5\pi }{4}}\right)=-{\sqrt {2}}\ (1+i)}$

${\displaystyle z_{3}=2\left(\cos {\frac {7\pi }{4}}+i\sin {\frac {7\pi }{4}}\right)={\sqrt {2}}\ (1-i)}$

Можно записать сводный ответ в виде: ${\displaystyle {\sqrt[{4}]{-16}}={\sqrt {2}}\ (\pm 1\pm i)}$

Комплексная функция корня и риманова поверхность

Рассмотрим комплексную функцию корня ${\displaystyle n}$ -й степени: ${\displaystyle w={\sqrt[{n}]{z}}.}$ Согласно сказанному выше, эта функция является многозначной (точнее, ${\displaystyle n}$ -значной) функцией, и это создаёт неудобства при её исследовании и применении. В комплексном анализе вместо рассмотрения многозначных функций на комплексной плоскости принято иное решение: рассматривать функцию как однозначную, но определённую не на плоскости, а на более сложном многообразии , которое называется римановой поверхностью .

• 
  Риманова поверхность для комплексного квадратного корня
• 
  Риманова поверхность для комплексного корня 4-й степени

Для комплексной функции корня ${\displaystyle n}$ -й степени её риманова поверхность (см. рисунки) состоит из ${\displaystyle n}$ ветвей ( листов ), связанных винтообразно, причём последний лист связан с первым. Эта поверхность непрерывна и односвязна . Один из листов содержит главные значения корня, получаемые как аналитическое продолжение вещественного корня с положительного луча вещественной оси.

Опишем для простоты комплексную функцию квадратного корня. Её риманова поверхность состоит из двух листов. Первый лист можно представить как комплексную плоскость, у которой вырезан положительный луч вещественной оси. Значения функции корня ${\displaystyle w}$ на этом листе имеют вдвое меньший аргумент, чем ${\displaystyle z}$ , и поэтому они заполняют верхнюю часть комплексной плоскости значений. На разрезе первый лист склеен со вторым, и функция непрерывно продолжается через разрез на второй лист, где её значения заполняют нижнюю часть комплексной плоскости значений. Оставшиеся свободными начало первого листа и конец второго тоже склеим, после чего полученная функция на римановой поверхности становится однозначной и всюду непрерывной .

Единственный нуль у функции (первого порядка) получается при ${\displaystyle z=0}$ . Особые точки: ${\displaystyle z=0}$ и ${\displaystyle z=\infty }$ (точки разветвления бесконечного порядка) . Понятие точки разветвления означает, что замкнутый контур в окрестности нуля неизбежно содержит переход с листа на лист.

В силу односвязности риманова поверхность корня является универсальной накрывающей для комплексной плоскости без точки ${\displaystyle 0}$ .

Вариации и обобщения

Корень ${\displaystyle n}$ -й степени из ${\displaystyle a}$ есть решение уравнения ${\displaystyle x^{n}=a}$ , и его в принципе можно определить всюду, где такое уравнение имеет смысл. Чаще всего рассматривают такие обобщения в алгебраических кольцах . Лучше всего исследованы обобщённые квадратные корни.

Если кольцо есть область целостности , то квадратных корней из ненулевого элемента может быть либо два, либо ни одного. В самом деле, если имеются два корня ${\displaystyle a,b,}$ то ${\displaystyle a^{2}=b^{2},}$ откуда: ${\displaystyle (a-b)(a+b)=0}$ , то есть, в силу отсутствия делителей нуля , ${\displaystyle a=\pm b}$ . В более общем случае, когда в кольце имеются делители нуля или оно некоммутативно , число корней может быть любым.

В теории чисел рассматривается конечное кольцо вычетов по модулю ${\displaystyle m}$ : если сравнение ${\displaystyle x^{n}\equiv a{\pmod {m}}}$ имеет решение, то целое число ${\displaystyle a}$ называется вычетом степени n (в противном случае — невычетом степени n ). Решение ${\displaystyle x}$ , если оно существует, является полным аналогом корня n -й степени из целого числа ${\displaystyle a}$ . Чаще всего используются случаи :

• ${\displaystyle n=2}$ ( квадратичные вычеты )
• ${\displaystyle n=3}$ (кубические вычеты)
• ${\displaystyle n=4}$ (биквадратичные вычеты)

Корни для кватернионов имеют много общего с комплексными, но есть и существенные особенности. Квадратный кватернионный корень обычно имеет 2 значения, но если подкоренное выражение — отрицательное вещественное число, то значений бесконечно много. Например, квадратные корни из ${\displaystyle -1}$ образуют трёхмерную сферу, определяемую формулой :

${\displaystyle \{ai+bj+ck\mid a^{2}+b^{2}+c^{2}=1\}\,.}$

Для кольца квадратных матриц доказано, что если матрица положительно определена , то положительно определённый квадратный корень из матрицы существует и единственен . Для матриц других типов корней может быть сколько угодно (в том числе ни одного).

Квадратные корни вводятся также для функций , операторов и других математических объектов.

История

Развитие понятия

Первые задачи, связанные с извлечением квадратного корня, обнаружены в трудах вавилонских математиков (о достижениях древнего Египта в этом отношении ничего не известно). Среди таких задач :

• Применение теоремы Пифагора для нахождения стороны прямоугольного треугольника по известным двум другим сторонам.
• Нахождение стороны квадрата , площадь которого задана.
• Решение квадратных уравнений .

Вавилонские математики (II тысячелетие до н. э.) разработали для извлечения квадратного корня особый численный метод. Начальное приближение для ${\displaystyle {\sqrt {a}}}$ рассчитывалось исходя из ближайшего к корню (в меньшую сторону) натурального числа ${\displaystyle n}$ . Представив подкоренное выражение в виде: ${\displaystyle a=n^{2}+r}$ , получаем: ${\displaystyle x_{0}=n+{\frac {r}{2n}}}$ , затем применялся итеративный процесс уточнения, соответствующий методу Ньютона :

${\displaystyle x_{n+1}={\frac {1}{2}}~\left(x_{n}+{\frac {a}{x_{n}}}\right)\ }$

Итерации в этом методе очень быстро сходятся. Для ${\displaystyle {\sqrt {5}}}$ , например, ${\displaystyle a=5;\;n=2;\;r=1;\ x_{0}={\frac {9}{4}}=2{,}25,}$ и мы получаем последовательность приближений:

${\displaystyle x_{1}={\frac {161}{72}}=2{,}23611;\;x_{2}={\frac {51841}{23184}}=2{,}2360679779}$

В заключительном значении верны все цифры, кроме последней.

Аналогичные задачи и методы встречаются в древнекитайской « Математике в девяти книгах » . Древние греки сделали важное открытие: ${\displaystyle {\sqrt {2}}}$ — иррациональное число . Детальное исследование, выполненное Теэтетом Афинским (IV век до н. э.), показало, что если корень из натурального числа не извлекается нацело, то его значение иррационально .

Греки сформулировали проблему удвоения куба , которая сводилась к построению кубического корня с помощью циркуля и линейки . Проблема оказалась неразрешимой. Численные алгоритмы извлечения кубического корня опубликовали Герон (в трактате « Метрика », I век н. э.) и индийский математик Ариабхата I (V век) .

Алгоритмы извлечения корней любой степени из целого числа, разработанные индийскими и исламскими математиками, были усовершенствованы в средневековой Европе. Николай Орем (XIV век) впервые истолковал корень ${\displaystyle n}$ -й степени как возведение в степень ${\displaystyle {\frac {1}{n}}}$ .

После появления формулы Кардано (XVI век) началось применение в математике мнимых чисел , понимаемых как квадратные корни из отрицательных чисел . Основы техники работы с комплексными числами разработал в XVI веке Рафаэль Бомбелли , который также предложил оригинальный метод вычисления корней (с помощью цепных дробей ). Открытие формулы Муавра (1707) показало, что извлечение корня любой степени из комплексного числа всегда возможно и не приводит к новому типу чисел .

Комплексные корни произвольной степени в начале XIX века глубоко исследовал Гаусс , хотя первые результаты принадлежат Эйлеру . Чрезвычайно важным открытием ( Галуа ) стало доказательство того факта, что не все алгебраические числа (корни многочленов) могут быть получены из натуральных с помощью четырёх действий арифметики и извлечения корня .

Этимология термина и происхождение символики

Термин корень имеет долгую и сложную историю. Извлечение квадратного корня древние греки понимали строго геометрически: как нахождение стороны квадрата по известной его площади. После перевода на санскрит греческое слово «сторона» превратилась в « мула » (основание). Слово « мула » имело также значение «корень», поэтому при переводе индийских сиддхант на арабский использовался термин « джизр » (корень растения). Впоследствии аналогичное по смыслу слово « radix » закрепилось в латинских переводах с арабского, а через них и в русской математической терминологии («корень», «радикал») .

Средневековые математики (например, Кардано ) обозначали квадратный корень символом R _x , сокращение от слова «radix». Современное обозначение впервые употребил немецкий математик Кристоф Рудольф , из школы коссистов (то есть алгебраистов), в 1525 году . Происходит этот символ от стилизованной первой буквы того же слова « radix ». Черта над подкоренным выражением вначале отсутствовала; её позже ввёл Декарт (1637) для иной цели (вместо скобок), и эта черта вскоре слилась со знаком корня.

Показатель степени появился в знаке корня благодаря Валлису и « Универсальной арифметике » Ньютона (XVIII век) .

См. также

• Алгоритм нахождения корня n-ной степени
• Возведение в степень
• Квадратный корень
• Корни из единицы
• Кубический корень
• Логарифм
• Основная теорема алгебры
• Степенная функция

Литература

• Выгодский М. Я. . — изд. 25-е. — М. : Наука, 1978. — ISBN 5-17-009554-6 .
• Зайцев В. В., Рыжков В. В., Сканави М. И. Элементарная математика. Повторительный курс. — Издание третье, стереотипное. — М. : Наука, 1976. — 591 с.
• История математики, в трёх томах / Под редакцией А. П. Юшкевича . — М. : Наука, 1970—1972.
• Корн Г., Корн Т. . — 2-е изд. — М. : Наука, 1970. — 720 с.
• Мордкович А. Г. Алгебра и начала анализа. Учебник для 10—11 классов, часть 1. — изд. 4-е. — М. : Мнемозина, 2003. — 376 с.
• Свешников А. Г., Тихонов А. Н. Теория функций комплексной переменной. — М. : Наука, 1967. — 304 с.
• Фихтенгольц Г. М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. — изд. 6-е. — М. : Наука, 1966. — 680 с.

Примечания