平方根与立方根详解:如何求解、使用和计算

平方根与立方根是什么、如何在计算器上求出、为什么有些结果是无理数,以及它们与分数指数的关系,均配有示例。

一个数的平方根,是自身相乘后能得到原数的那个值:√81 = 9,因为 9 × 9 = 81。立方根是自身立方后能得到原数的值:∛27 = 3,因为 3 × 3 × 3 = 27。开方是乘方的逆运算,用这个角度去理解,会让计算和核对都变得容易许多。

要点速览

  • √x 回答的是「什么数的平方是 x?」,∛x 回答的是「什么数的立方是 x?」。
  • √81 = 9,∛64 = 4,∛(-8) = -2:所以负数的立方根是存在的,但(在实数范围内)负数没有平方根。
  • 开方就是分数指数:√x = x^(1/2),∛x = x^(1/3),nthRoot(x, n) = x^(1/n)。
  • 只有完全平方数和完全立方数才能开出整数结果,其余的都是无理小数。

什么是平方根?

数 x 的平方根,记作 √x,是使平方结果等于 x 的那个非负数。求 √81 等价于问「什么数的平方是 81?」,答案是 9。

示例一:完全平方数。 √81 = 9,因为 9² = 81。√144 = 12,因为 12² = 144。√0.25 = 0.5,因为 0.5² = 0.25。留意反方向的规律:9² = 81,那么 √81 = 9,所以平方和开平方根互相抵消。

值得记住的完全平方数

由整数平方得到的数称为完全平方数:

平方 1 4 9 16 25 36 49 64 81 100 121 144
根 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

表中的任何数值都会得出一个干净的整数,这是一个很方便的自检方式:如果你算出 √64 却得到了不是 8 的结果,就该回头检查一下输入。

什么是立方根?

数 x 的立方根,记作 ∛x,是使立方结果等于 x 的那个数。因为负数乘负数乘负数仍然是负数,所以负数的立方根是完全合理且为负的:∛(-8) = -2。

示例二:完全立方数。 ∛27 = 3,因为 3³ = 27。∛64 = 4,因为 4³ = 64。∛512 = 8,因为 8³ = 512,用任何计算器验证 8 × 8 × 8 = 512 都成立。

值得了解的完全立方数

立方 1 8 27 64 125 216 343 512 729 1000
根 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

为什么大多数平方根都是无理数

除非根号下的数是完全平方数或完全立方数,否则结果永远不会终止。√2 无法写成两个整数的比值,所以它是无理数:小数位无限延续,永不循环。计算器无法打印出一个无限小数,所以它显示的是一个四舍五入的近似值。

示例三:无理根。 在计算器上,√2 显示为 1.41421356237,√3 显示为 1.73205080757,√5 显示为 2.2360679775。靠手算猜出这些值几乎不可能,这正是开方键存在的意义。这些数值也提醒我们,显示的小数是经过四舍五入的,浮点运算指南解释了微小的舍入误差是如何悄悄混入结果的。

开方即分数指数

每一次开方也是一次乘方:平方根就是二分之一次方,立方根就是三分之一次方,以此类推。√x = x^(1/2),∛x = x^(1/3)。

示例四:以乘方形式表示开方。 8^(1/3) = ∛8 = 2。9^(1/2) = √9 = 3。16^(1/4) = 2,因为 2⁴ = 16。这种「开方 = 倒数指数」的对应关系,正是乘方详解一文中用来处理负指数和分数指数的同一个思路,也是在计算器上输入不常见根号最快捷的办法:不需要专门的按键,直接把这个数提升到某个分数次方即可。

用计算器求 n 次方根

计算器提供了通用的 nthRoot(x, n) 函数,可以求出任意次方根:nthRoot(x, n) 是那个自身升到 n 次方能得到 x 的数。它接受两个用逗号分隔的参数,在计算器函数参考中和其他所有函数一起有详细说明。

示例五:n 次方根。 nthRoot(81, 4) = 3,因为 3⁴ = 81。nthRoot(32, 5) = 2,因为 2⁵ = 32。nthRoot(0.001, 3) = 0.1,因为 0.1³ = 0.001。当指数和被开方数都恰好是完全乘方时,整个表达式就会得出一个干净的整数。

现实生活中的平方根与立方根

只要一个量以平方或立方的方式增长,开方就会出现。电视屏幕的对角线是 √(宽² + 高²);面积为 144 平方厘米的正方形,边长是 √144 = 12 厘米;体积为 1000 立方厘米的立方体,棱长是 ∛1000 = 10 厘米;距离和能量相关的物理公式中,也到处都是需要用开方来还原的平方项。当数字可以表示为乘方时,乘方计算器是合适的工具,因为它会保留计算过程;而当结果特别大或特别小时,科学记数法计算器负责把它整理成易读的格式。

常见问题

负数的平方根是什么?

在实数范围内没有答案,因为任何实数的平方都不可能是负数。计算器会把 √(-1) 标记为错误,这是正确的:这个答案需要虚数(√(-1) = i)。不过负数的立方根是完全没问题的:∛(-8) = -2。

√ 和 ∛ 有什么区别?

√ 是平方的逆运算,∛ 是立方的逆运算。√81 = 9,因为 9² = 81;∛27 = 3,因为 3³ = 27。对于其他次方,使用 nthRoot(x, n)。

如何在计算器上计算开方?

按 √ 求平方根,按 ∛ 求立方根,或者输入 nthRoot(x, n) 求任意次方根。也可以用分数指数:27^(1/3) 得到的结果和 ∛27 相同。

为什么 √2 得到的是一长串小数,而不是一个精确答案?

因为 √2 是无理数:它无法写成分数,小数位也永远不会结束。计算器显示为 1.41421356237,这是一个 12 位有效数字的近似值。对于需要精确结果的工程计算,最好把根号保留为符号,只在最后一步才求值。