数学中的根式是什么?

本页通过清晰的示例和图表定义了数学中的根式。你将了解根式如何作为指数的逆运算。在页面底部,你会找到附带详细分步解答的练习题,以检验你的理解。

理解 $n$ 次幂

为了理解根式,我们首先需要复习幂(或指数)。设 $2$ 次幂的运算由下图表示:

Diagram showing the power 2 operation

$2$ 次幂运算的更多示例:

类似地,下图表示 $3$ 次幂运算:

Diagram showing the power 3 operation

$3$ 次幂运算的更多示例:

一般 $n$ 次幂:

$$a^n = a \times a \times a \dots \times a \quad \text{(相乘 } n \text{ 次)}$$

根式的定义

1. 根指数为 2 的根式(平方根)

平方根是 $2$ 次幂的逆运算。我们将输入和输出互换。例如,如果输入是 $9$,逆运算的输出就是 $3$。

Diagram showing the radical with index 2 (square root) operation

我们将其写作:

$$\sqrt[2]{9} = 3 \quad \text{因为} \quad 9 = 3^2$$

术语:符号 $\sqrt{\phantom{x}}$ 是根号(根式符号)。数字 $2$ 是根指数。根号内的数字是被开方数

Diagram pointing out the radical symbol, the radicand, and the index

注:按照惯例,根指数为 $2$ 的根式(平方根)通常不写出 $2$,我们简写为 $\sqrt{\phantom{x}}$。


2. 根指数为 3 的根式(立方根)

$3$ 次幂运算的逆运算称为立方根

Diagram showing the radical with index 3 (cube root) operation

我们将其写作:

$$\sqrt[3]{8} = 2 \quad \text{因为} \quad 8 = 2^3$$


3. 具有根指数 $n$ 的一般根式($n$ 次方根)

我们可以把具有任意根指数 $n$ 的根式进行推广(其中 $n$ 是大于 0 的整数):

$$\text{如果 } y = a^n, \text{ 那么 } \sqrt[n]{y} = a$$

更多示例:

重要限制:如果 $n$ 是偶数整数且 $y$ 是负数,则这些关系在实数范围内不成立。

根式和幂互为逆运算(相互撤销)

具有相同指数的根式和幂运算会相互撤销。因为它们是逆运算,连续应用这两种运算会返回原始输入。

示例:平方根撤销 $2$ 次幂

Diagram showing that taking the square root of a squared number returns the original number

数学表达式:$$\sqrt{3^2} = 3$$

示例:$2$ 次幂撤销平方根

Diagram showing that squaring a square root returns the original number

数学表达式:$$(\sqrt{9})^2 = 9$$

更多示例:

通常情况下,对于 $a \ge 0$,我们可以写成:

$$\sqrt[n]{a^n} = a \quad \text{和} \quad (\sqrt[n]{a})^n = a$$

练习题

注:回答以下问题时请勿使用计算器。

  1. 已知下列幂:
    $2^6 = 64$, $\; 3^5 = 243$, $\; 5^3 = 125$, $\; 0^7 = 0$, $\; 1^{20} = 1$, $\; 2^9 = 512$, $\; 5^5 = 3125$, $\; 10^5 = 100000$, $\; 0.1^3 = 0.001$

    求下列根式的精确值:
    $\sqrt[9]{512}$, $\; \sqrt[5]{3125}$, $\; \sqrt[5]{243}$, $\; \sqrt[6]{64}$, $\; \sqrt[3]{0.001}$, $\; \sqrt[20]{1}$, $\; \sqrt[5]{100000}$, $\; \sqrt[7]{0}$, $\; \sqrt[3]{125}$
    查看解答
    • $\sqrt[9]{512} = \mathbf{2} \quad$(因为已知 $2^9 = 512$)
    • $\sqrt[5]{3125} = \mathbf{5} \quad$(因为 $5^5 = 3125$)
    • $\sqrt[5]{243} = \mathbf{3} \quad$(因为 $3^5 = 243$)
    • $\sqrt[6]{64} = \mathbf{2} \quad$(因为 $2^6 = 64$)
    • $\sqrt[3]{0.001} = \mathbf{0.1} \quad$(因为 $0.1^3 = 0.001$)
    • $\sqrt[20]{1} = \mathbf{1} \quad$(因为 $1^{20} = 1$。注:对于任何 $n > 0$,$\sqrt[n]{1} = 1$)
    • $\sqrt[5]{100000} = \mathbf{10} \quad$(因为 $10^5 = 100000$)
    • $\sqrt[7]{0} = \mathbf{0} \quad$(因为 $0^7 = 0$。注:对于任何 $n > 0$,$\sqrt[n]{0} = 0$)
    • $\sqrt[3]{125} = \mathbf{5} \quad$(因为 $5^3 = 125$)
  2. 已知下列根式:
    $\sqrt{64} = 8$, $\; \sqrt[5]{7776} = 6$, $\; \sqrt[3]{1000} = 10$, $\; \sqrt[7]{128} = 2$, $\; \sqrt[7]{0.0000001} = 0.1$, $\; \sqrt{10000} = 100$, $\; \sqrt[4]{20736} = 12$, $\; \sqrt[9]{512} = 2$

    求下列幂的值:
    $2^7$, $\; 0.1^7$, $\; 6^5$, $\; 8^2$, $\; 2^9$, $\; 12^4$, $\; 10^3$, $\; 100^2$
    查看解答
    • $2^7 = \mathbf{128} \quad$(因为已知 $\sqrt[7]{128} = 2$)
    • $0.1^7 = \mathbf{0.0000001} \quad$(因为 $\sqrt[7]{0.0000001} = 0.1$)
    • $6^5 = \mathbf{7776} \quad$(因为 $\sqrt[5]{7776} = 6$)
    • $8^2 = \mathbf{64} \quad$(因为 $\sqrt{64} = 8$)
    • $2^9 = \mathbf{512} \quad$(因为 $\sqrt[9]{512} = 2$)
    • $12^4 = \mathbf{20736} \quad$(因为 $\sqrt[4]{20736} = 12$)
    • $10^3 = \mathbf{1000} \quad$(因为 $\sqrt[3]{1000} = 10$)
    • $100^2 = \mathbf{10000} \quad$(因为 $\sqrt{10000} = 100$)
  3. 化简下列表达式:
    $\sqrt{5^2}$, $\; (\sqrt[5]{3})^5$, $\; \sqrt[3]{10^3}$, $\; (\sqrt[7]{128})^7$
    查看解答
    • $\sqrt{5^2} = \mathbf{5} \quad$(因为平方根和 $2$ 次幂互为逆运算)
    • $(\sqrt[5]{3})^5 = \mathbf{3} \quad$(因为根指数为 $5$ 的根式和 $5$ 次幂互为逆运算)
    • $\sqrt[3]{10^3} = \mathbf{10} \quad$(因为立方根和 $3$ 次幂互为逆运算)
    • $(\sqrt[7]{128})^7 = \mathbf{128} \quad$(因为根指数为 $7$ 的根式和 $7$ 次幂互为逆运算)

关于根式和指数的更多参考资料

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