耶魯大學的巴比倫藏品YBC 7289是一塊泥板,製作於前1800年到前1600年之間。泥板上是一個畫了兩條對角線正方形,標註了的六十進制數字 1;24,51,10。[1]六十進制的 1;24,51,10 即十進制的 1.41421296,精確到了小數點後5位(1.41421356...)。
萊因德數學紙草書大約成書於前1650年,內容抄寫自更早年代的教科書。書中展示了埃及人使用反比法求平方根的過程。[2]
古印度的《繩法經》大約成書於前800年到前500年之間,書中記載了將2的平方根的計算精確到小數點後5位的方法。
古希臘的《幾何原本》大約成書於前380年,書中還闡述了如果正整數不是完全平方數,那麼它的平方根就一定是無理數——一種無法以兩個整數的比值表示的數(無法寫作m/n,其中m和n是整數)。[3]
中國的《書》成書於漢朝(約前202年到前186年之間),書中介紹了使用盈不足術求平方根的方法。
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;後來數學家笛卡爾給其加上線括號,但與前面的方根符號是分開的(即「⎷‾」),因此在複雜的式子中它顯得很亂。直至18世紀中葉,數學家盧貝將前面的方根符號與線括號一筆寫成,並將根指數寫在根號的左上角,以表示高次方根(當根指數為2時,省略不寫),從而形成了現在人們熟知的開方運算符號。
如果使用笛卡爾坐標的形式表達複數 z,其算術平方根可以使用如下公式:[4][5]
其中,方根虛部的符號與被開方數虛部的符號相同(為0時取正);主值實部永遠非負。
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:
例:若,
。
注意,6 的質因數分解為 2 × 3,不能寫成某個數的平方,因此 就是最簡結果
。
《九章算術》和《孫子算經》都有籌算的開方法。宋代數學家賈憲發明釋鎖開平方法、增乘開平方法;明代數學家王素文,程大位發明珠算開平方法,而朱載堉《算學新說》首創用81位算盤開方,精確到25位數字[6]。
長除式算平方根的方式也稱為直式開方法,原理是。
- 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。
利用高精度長式除法可以計算出1至20的平方根如下:
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1
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1.4142135623 7309504880 1688724209 6980785696 7187537694 8073176679 7379907324 78462
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1.7320508075 6887729352 7446341505 8723669428 0525381038 0628055806 9794519330 16909
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2
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2.2360679774 9978969640 9173668731 2762354406 1835961152 5724270897 2454105209 25638
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2.4494897427 8317809819 7284074705 8913919659 4748065667 0128432692 5672509603 77457
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2.6457513110 6459059050 1615753639 2604257102 5918308245 0180368334 4592010688 23230
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2.8284271247 4619009760 3377448419 3961571393 4375075389 6146353359 4759814649 56924
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3
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3.1622776601 6837933199 8893544432 7185337195 5513932521 6826857504 8527925944 38639
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3.3166247903 5539984911 4932736670 6866839270 8854558935 3597058682 1461164846 42609
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3.4641016151 3775458705 4892683011 7447338856 1050762076 1256111613 9589038660 33818
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3.6055512754 6398929311 9221267470 4959462512 9657384524 6212710453 0562271669 48293
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3.7416573867 7394138558 3748732316 5493017560 1980777872 6946303745 4673200351 56307
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3.8729833462 0741688517 9265399782 3996108329 2170529159 0826587573 7661134830 91937
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4
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4.1231056256 1766054982 1409855974 0770251471 9922537362 0434398633 5730949543 46338
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4.2426406871 1928514640 5066172629 0942357090 1562613084 4219530039 2139721974 35386
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4.3588989435 4067355223 6981983859 6156591370 0392523244 4936890344 1381595573 28203
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4.4721359549 9957939281 8347337462 5524708812 3671922305 1448541794 4908210418 51276
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平方根可以簡便地用連分數的形式表示,關於連分數請見連分數,其中1至20的算術平方根分別可用連分數表示為:
連分數部分均循環,省略號前為2或4個循環節。
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。
給定線段AB和1,求一條長為的線段。
- 畫線AB,延長BA至C使
- 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
Anglin, W.S. (1994). Mathematics: A Concise History and Philosophy. New York: Springer-Verlag.