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,标注了的六十进制数字 1;24,51,10。[1]六十进制的 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。
古代未有划一的平方根符号时,人们通常使用他们语言内开方这个字的首个字母的变型作为开方号。
中世纪时,拉丁语中的latus(正方形边)的首个字母“L”被不少欧洲人采用;亨利·布里格斯在其著作《Arithmetica Logarithmica》中则用横线当成latus的简写,在被开方的数下画一线。
最有影响的是拉丁语的radix(平方根),1220年Leconardo在《Practica geometriae》中使用℞(R右下角的有一斜划,像P和x的合体);⎷(没有上面的横划)是由克里斯托费尔·鲁登道夫在1525年的书Coss首次使用,据说是小写r的变型;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),从而形成了现在人们熟知的开方运算符号。
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);主值实部永远非负。
在虚数里,平方根函数的值不是连续的,以下等式不一定成立:
所以这是错误的:
例:若,
。
注意,6 的素因数分解为 2 × 3,不能写成某个数的平方,因此 就是最简结果
。
《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]。
长除式算平方根的方式也称为直式开方法,原理是。
- 首先将要开平方根的数从小数点分别向右及向左每两个位一组分开,如98765.432内小数点前的65是一组,87是一组,9是一组,小数点后的43是一组,之后是单独一个2,要补一个0而得20是一组。如1 04.85 73得四组,顺序为1' 04. 85' 73'。
- 将最左的一组的数减去最接近又少于它的平方数,并将该平方数的开方(应该是个位数)记下。
- 将上一步所得之差乘100,和下一组数加起来。
- 将记下的数乘20,然后将它加上某个个位数,再乘以该个个位数,令这个积不大于但最接近上一步所得之差,并将该个个位数记下,且将上一步所得之差减去所得之积。
- 记下的数一次隔两位记下。
- 重复第3步,直到找到答案。
- 可以在数字的最右补上多组的00'以求得理想的精确度为止。
下面以为例子:
四舍五入得答案为14.14。
事实上,将算法稍作改动,可以开任何次方的根,详见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:
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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。
这个方法是从佩尔方程演变过来的,它通过不断减去奇数来求得答案。
给定线段AB和1,求一条长为的线段。
- 画线AB,延长BA至C使
- 以BC的中点为圆心,OC为半径画圆
- 过A画BC的垂直线,垂直线和圆弧交于D,AD即为所求之长度
Anglin, W.S. (1994). Mathematics: A Concise History and Philosophy. New York: Springer-Verlag.