Математика зародилась тогда, когда человек осознал себя и стал позиционироваться как автономная единица мира. Желание измерить, сравнить, посчитать то, что тебя окружает, — вот что лежало в основе одной из фундаментальных наук наших дней. Сначала это были частички элементарной математики, что позволили связать числа с их физическими выражениями, позже выводы стали излагаться лишь теоретически (в силу своей абстрактности), ну а через некоторое время, как выразился один ученый, «математика достигла потолка сложности, когда из нее исчезли все числа». Понятие «квадратный корень» появилось еще в то время, когда его можно было без проблем подкрепить эмпирическими данными, выходя за плоскость вычислений.
С чего все начиналось
Первое упоминание корня, который на данный момент обозначается как √, было зафиксировано в трудах вавилонских математиков, положивших начало современной арифметике. Конечно, на нынешнюю форму они походили мало — ученые тех лет сначала пользовались громоздкими табличками. Но во втором тысячелетии до н. э. ими была выведена приближенная формула вычислений, которая показывала, как извлечь квадратный корень. На фото ниже изображен камень, на котором вавилонские ученые высекли процесс вывода √2 , причем он оказался настолько верным, что расхождение в ответе нашли лишь в десятом знаке после запятой.
Помимо этого, корень применялся, если нужно было найти сторону треугольника, при условии, что две другие известны. Ну и при решении квадратных уравнений от извлечения корня никуда не деться.
Наравне с вавилонскими работами объект статьи изучался и в китайской работе «Математика в девяти книгах», а древние греки пришли к выводу, что любое число, из которого не извлекается корень без остатка, дает иррациональный результат.
Происхождение данного термина связывают с арабским представлением числа: древние ученые полагали, что квадрат произвольного числа произрастает из корня, подобно растению. На латыни это слово звучит как radix (можно проследить закономерность — все, что имеет под собой «корневую» смысловую нагрузку, созвучно, будь то редис или радикулит).
Ученые последующих поколений подхватили эту мысль, обозначая его как Rx. Например, в XV веке, дабы указать, что извлекается корень квадратный из произвольного числа a, писали R 2 a. Привычная современному взгляду «галочка» √ появилась лишь в XVII веке благодаря Рене Декарту.
Наши дни
С точки зрения математики, квадратный корень из числа y — это такое число z, квадрат которого равен y. Иными словами, z 2 =y равносильно √y=z. Однако данное определение актуально лишь для арифметического корня, так как оно подразумевает неотрицательное значение выражения. Иными словами, √y=z, где z больше либо равно 0.
В общем случае, что действует для определения алгебраического корня, значение выражения может быть как положительным, так и отрицательным. Таким образом, в силу того, что z 2 =y и (-z) 2 =y, имеем: √y=±z или √y=|z|.
Благодаря тому, что любовь к математике с развитием науки лишь возросла, существуют разнообразные проявления привязанности к ней, не выраженные в сухих вычислениях. Например, наравне с такими занятными явлениями, как день числа Пи, отмечаются и праздники корня квадратного. Отмечаются они девять раз в сто лет, и определяются по следующему принципу: числа, которые обозначают по порядку день и месяц, должна быть корнем квадратным из года. Так, в следующий раз предстоит отмечать сей праздник 4 апреля 2016 года.
Свойства квадратного корня на поле R
Практически все математические выражения имеют под собой геометрическую основу, не миновала эта участь и √y, который определяется как сторона квадрата с площадью y.
Как найти корень числа?
Алгоритмов вычисления существует несколько. Наиболее простым, но при этом достаточно громоздким, является обычный арифметический подсчет, который заключается в следующем:
1) из числа, корень которого нам нужен, по очереди вычитаются нечетные числа — до тех пор, пока остаток на выходе не получится меньше вычитаемого или вообще будет равен нулю. Количество ходов и станет в итоге искомым числом. Например, вычисление квадратного корня из 25:
Следующее нечетное число — это 11, остаток у нас следующий: 1
Для таких случаев существует разложение в ряд Тейлора:
√(1+y)=∑((-1) n (2n)!/(1-2n)(n!) 2 (4 n))y n , где n принимает значения от 0 до
+∞, а |y|≤1.
Графическое изображение функции z=√y
Рассмотрим элементарную функцию z=√y на поле вещественных чисел R, где y больше либо равен нулю. График ее выглядит следующим образом:
Кривая растет из начала координат и обязательно пересекает точку (1; 1).
Свойства функции z=√y на поле действительных чисел R
1. Область определения рассматриваемой функции — промежуток от нуля до плюс бесконечности (ноль включен).
2. Область значений рассматриваемой функции — промежуток от нуля до плюс бесконечности (ноль опять же включен).
3. Минимальное значение (0) функция принимает лишь в точке (0; 0). Максимальное значение отсутствует.
4. Функция z=√y ни четная, ни нечетная.
5. Функция z=√y не является периодической.
6. Точка пересечения графика функции z=√y с осями координат лишь одна: (0; 0).
7. Точка пересечения графика функции z=√y также является и нулем этой функции.
8. Функция z=√y непрерывно растет.
9. Функция z=√y принимает лишь положительные значения, следовательно, график ее занимает первый координатный угол.
Варианты изображения функции z=√y
В математике для облегчения вычислений сложных выражений порой используют степенную форму написания корня квадратного: √y=y 1/2 . Такой вариант удобен, например, в возведении функции в степень: (√y) 4 =(y 1/2) 4 =y 2 . Этот метод является удачным представлением и при дифференцировании с интегрированием, так как благодаря ему корень квадратный представляется обычной степенной функцией.
А в программировании заменой символа √ является комбинация букв sqrt.
Стоит отметить, что в данной области квадратный корень очень востребован, так как входит в состав большинства геометрических формул, необходимых для вычислений. Сам алгоритм подсчета достаточно сложен и строится на рекурсии (функции, что вызывает сама себя).
Корень квадратный в комплексном поле С
По большому счету именно предмет данной статьи стимулировал открытие поля комплексных чисел C, так как математикам не давал покоя вопрос получения корня четной степени из отрицательного числа. Так появилась мнимая единица i, которая характеризуется очень интересным свойством: ее квадратом есть -1. Благодаря этому квадратные уравнения и при отрицательном дискриминанте получили решение. В С для корня квадратного актуальны те же свойства, что и в R, единственное, сняты ограничения с подкоренного выражения.
В математике вопрос о том, как извлекать корень, считается относительно несложным. Если возвести в квадрат числа из натурального ряда: 1, 2, 3, 4, 5 …n, то у нас получится следующий ряд квадратов: 1, 4, 9, 16 …n 2 . Ряд квадратов является бесконечным, и если внимательно посмотреть на него, то вы увидите, что в нем нет очень многих целых чисел. Почему это так, объясним немного позже.
Корень из числа: правила вычисления и примеры
Итак, мы возвели число 2 в квадрат, то есть умножили его само на себя и получили 4. А как извлечь корень из числа 4? Сразу скажем, что корни могут быть квадратными, кубическими и какой угодно степени до бесконечности.
Степень корня – всегда натуральное число, то есть нельзя решить такое уравнение: корень в степени 3,6 из n.
Квадратный корень
Вернемся к вопросу о том, как извлечь корень квадратный из 4. Так как возводили мы число 2 именно в квадрат, то и корень будем извлекать квадратный. Для того чтобы правильно извлечь корень из 4, нужно просто правильно подобрать число, которое при возведении в квадрат дало бы число 4. И это, конечно же, 2. Посмотрите на пример:
- 2 2 =4
- Корень из 4 = 2
Этот пример довольно простой. Попробуем извлечь корень квадратный из 64. Какое число при умножении самого на себя дает 64? Очевидно, что это 8.
- 8 2 =64
- Корень из 64=8
Кубический корень
Как выше было сказано, корни бывают не только квадратными, на примере попробуем более понятно объяснить, как извлечь кубический корень или корень третьей степени. Принцип извлечения кубического корня тот же самый, что и у квадратного, разница лишь в том, что искомое число изначально было умножено само на себя не единожды, а дважды. То есть, допустим, мы взяли следующий пример:
- 3x3x3=27
- Естественно, кубическим корнем из числа 27 будет тройка:
- Корень 3 из 27 = 3
Допустим, необходимо найти кубический корень из 64. Для решения этого уравнения достаточно найти такое число, которое при возведении в третью степень дало бы 64.
- 4 3 =64
- Корень 3 из 64 = 4
Извлечь корень из числа на калькуляторе
Конечно, лучше всего учиться извлекать квадратные, кубические и корни другой степени на практике, путем решения многих примеров и запоминания таблицы квадратов и кубов небольших чисел. В будущем это очень облегчит и сократит время решения уравнений. Хотя, нужно отметить, что порой требуется извлечь корень из такого большого числа, что подобрать правильное число, возведенное в квадрат, будет стоить очень больших трудов, если вообще это возможно. На помощь в извлечении квадратного корня придет обычный калькулятор. Как на калькуляторе извлечь корень? Очень просто введите число, из которого хотите найти результат. Теперь внимательно посмотрите на кнопки калькулятора. Даже на самом простом из них найдется клавиша со значком корня. Нажав на нее, вы немедленно получите готовый результат.
Не из каждого числа можно извлечь целый корень, рассмотрим следующий пример:
Корень из 1859 = 43,116122…
Вы можете параллельно попробовать решить этот пример на калькуляторе. Как видите, полученное число не является целым, более того, набор цифр после запятой является не конечным. Более точный результат могут дать специальные инженерные калькуляторы, на дисплее же обычных полный результат просто не умещается. А если вы продолжите начатый ранее ряд квадратов, то не найдете в нем числа 1859 именно потому, что число, которое возвели в квадрат для его получения, не является целым.
Если вам необходимо извлечь корень третьей степени на простом калькуляторе, то необходимо нажать дважды на кнопку со знаком корня. Для примера возьмем использованное выше число 1859 и извлечем из него кубический корень:
Корень 3 из 1859 = 6,5662867…
То есть, если число 6,5662867… возвести в третью степень, то мы получим приблизительно 1859. Таким образом, извлекать корни из чисел не сложно, достаточно лишь запомнить выше приведенные алгоритмы.
Корнем n-ой степени натурального числа a называется такое число, n-ая степень которого равна a. Корень обозначается так: . Символ √ называется знаком корня или знаком радикала, число a — подкоренное число, n — показатель корня.
Действие, посредством которого находится корень данной степени, называется извлечением корня.
Так как, согласно определению понятия о корне n-ой степени
то извлечение корня — действие, обратное возведению в степень , при помощи которого по данной степени и по данному показателю степени находят основание степени.
Квадратный корень
Квадратным корнем из числа a называется число, квадрат которого равен a.
Действие, с помощью которого вычисляется квадратный корень, называется извлечением квадратного корня.
Извлечение квадратного корня — действие обратное возведению в квадрат (или возведению числа во вторую степень). При возведении в квадрат известно число, требуется найти его квадрат. При извлечении квадратного корня известен квадрат числа, требуется по нему найти само число.
Поэтому для проверки правильности проведённого действия, можно найденный корень возвести во вторую степень и, если степень будет равна подкоренному числу, значит корень был найден правильно.
Рассмотрим извлечение квадратного корня и его проверку на примере. Вычислим или (показатель корня со значением 2 обычно не пишут, так как 2 — это самый маленький показатель и следует помнить, что если над знаком корня нет показателя, то подразумевается показатель 2), для этого нам нужно найти число, при возведении которого во вторую степень получится 49. Очевидно, что таким числом является 7, так как
7 · 7 = 7 2 = 49.
Вычисление квадратного корня
Если данное число равно 100 или меньше, то квадратный корень из него можно вычислить с помощью таблицы умножения . Например квадратный корень из 25 — это 5, потому что 5 · 5 = 25.
Теперь рассмотрим способ нахождения квадратного корня из любого числа без использования калькулятора. Для примера возьмём число 4489 и начнём поэтапно вычислять.
- Определим, из каких разрядов должен состоять искомый корень. Так как 10 2 = 10 · 10 = 100, а 100 2 = 100 · 100 = 10000, то становится ясно, что искомый корень должен быть больше 10 и меньше 100, т.е. состоять из десятков и единиц.
- Находим число десятков корня. От перемножения десятков получаются сотни, в нашем числе их 44, поэтому корень должен содержать столько десятков, чтобы квадрат десятков давал приблизительно 44 сотни. Следовательно в корне должно быть 6 десятков, потому что 60 2 = 3600, а 70 2 = 4900 (это слишком много). Таким образом мы выяснили, что наш корень содержит 6 десятков и несколько единиц, так как он находится в в диапазоне от 60 до 70.
- Определить число единиц в корне поможет таблица умножения. Посмотрев на число 4489, мы видим, что последняя цифра в нём 9. Теперь смотрим в таблицу умножения и видим что 9 единиц может получится только при возведении в квадрат чисел 3 и 7. Значит корень числа будет равен 63 или 67.
- Проверяем полученные нами числа 63 и 67 возводя их в квадрат: 63 2 = 3969, 67 2 = 4489.
В предисловии к своему первому изданию “Вцарстве смекалки” (1908 год) Е. И. Игнатьев пишет:“… умственную самодеятельность,сообразительность и “смекалку” нельзя ни“вдолбить”, ни “вложить” ни в чью голову.Результаты надёжны лишь тогда, когда введение вобласть математических знаний совершается влёгкой и приятной форме, на предметах и примерахобыденной и повседневной обстановки,подобранных с надлежащим остроумием изанимательностью”.
В предисловии к изданию 1911 г “Роль памяти вматематике” Е.И. Игнатьев пишет “… в математикеследует помнить не формулы, а процесс мышления”.
Для извлечения квадратного корня существуюттаблицы квадратов для двухзначных чисел, можноразложить число на простые множители и извлечьквадратный корень из произведения. Таблицыквадратов бывает недостаточно, извлечение корняразложением на множители — трудоёмкая задача,которая тоже не всегда приводит к желаемомурезультату. Попробуйте извлечь квадратныйкорень из числа 209764? Разложение на простыемножители дает произведение 2*2*52441. Методом проб иошибок, подбором – это, конечно, можно сделать,если быть уверенным в том, что это целое число.Способ, который я хочу предложить, позволяетизвлечь квадратный корень в любом случае.
Когда-то в институте (Пермский государственныйпедагогический институт) нас познакомили с этимспособом, о котором сейчас хочу рассказать.Никогда не задумывалась, есть ли у этого способадоказательство, поэтому сейчас пришлосьнекоторые доказательства выводить самой.
Основой этого способа, является состав числа =.
=&, т.е. & 2 =596334.
1. Разбиваем число (5963364) на пары справа налево(5`96`33`64)
2. Извлекаем квадратный корень из первой слевагруппы ( — число 2). Так мыполучаем первую цифру числа &.
3. Находим квадрат первой цифры (2 2 =4).
4. Находим разность первой группы и квадратапервой цифры (5-4=1).
5.Сносим следующие две цифры (получили число 196).
6. Удваиваем первую, найденную нами цифру,записываем слева за чертой (2*2=4).
7.Теперь необходимо найти вторую цифру числа&: удвоенная первая цифра, найденная нами,становится цифрой десятков числа, при умножениикоторого на число единиц, необходимо получитьчисло меньшее 196 (это цифра 4, 44*4=176). 4 — вторая цифрачисла &.
8. Находим разность (196-176=20).
9. Сносим следующую группу (получаем число 2033).
10. Удваиваем число 24, получаем 48.
11.48 десятков в числе, при умножении которого начисло единиц, мы должны получить число меньшее 2033(484*4=1936). Найденная нами цифра единиц (4) и естьтретья цифра числа &.
Доказательство приведено мной для случаев:
1. Извлечение квадратного корня из трехзначногочисла;
2. Извлечение квадратного корня изчетырехзначного числа.
Приближенные методы извлечения квадратногокорня (без использования калькулятора) .
1.Древние вавилоняне пользовались следующимспособом нахождения приближенного значенияквадратного корня их числа х. Число х онипредставляли в виде суммы а 2 +b, где а 2 ближайший к числу х точный квадратнатурального числа а (а 2 ?х), и пользовалисьформулой 
. (1)
Извлечем с помощью формулы (1) кореньквадратный, например из числа 28:
Результат извлечения корня из 28 с помощью МК5,2915026.
Как видим способ вавилонян дает хорошееприближение к точному значению корня.
2. Исаак Ньютон разработал метод извлеченияквадратного корня, который восходил еще к ГеронуАлександрийскому (около 100 г. н.э.). Метод этот(известный как метод Ньютона) заключается вследующем.
Пусть а 1— первое приближение числа (в качестве а 1можно брать значения квадратного корня изнатурального числа — точного квадрата, непревосходящего х) .
Следующее, более точное приближение а 2числанайдетсяпо формуле 
.