要算 15 的平方根,我第一反应是想想这会不会是个啥整数的平方。
比如 1 的平方是 1,4 的平方是 4,9 的平方是 9,那是个十位数,15 平方肯定得是 200 多。2 的平方是 4,3 的平方是 9,4 的平方是 16,哎,4 的平方已经接近 15 了,那 5 的平方就是 25 了。
故此在整数范围内,15 根本就是一个怪的数,它是个质数,没法开平方根出来个整数。 咱们得换个思路,把它跟那个著名的 2 的平方根算法比划比划。2 的平方根,我记得算法里有个技巧,是把 2 看成 1 加 1,先算 1 的平方根是 1,剩下个 1 就变成 1 除以 1,加上刚刚算出来的 1,结局是 2。
这仿佛挺像模样的,15 没有如此巧。
那能不能用类似的步骤?15 除以 15 等于 1,1 除以 1 等于 1,1 加 1 等于 2,结局就是 2?不对,这个思路是近似值,并且忒快了,彻底不符合平方根的性质,2 的平方是 4,远小于 15,肯定不对。 得老老实实用那个常用的牛顿法要么长除法思路。先把 15 拆成整数局部,那就是 14 点几。出于 3 平方是 9,4 平方是 16,故此根号 15 肯定在 3 和 4 之间,靠近 3。具体算的话,设 $x_0 = 3$。先用公式 $x_1 = frac{1}{2}(x_0 + frac{15}{x_0})$ 来试算。代进去就是 $frac{1}{2}(3 + frac{15}{3}) = frac{1}{2}(3 + 5) = 4$。
哎,哎哟,猜到了!一阶近似值直接长到了 4。 但这差得有点远啊,4 的平方是 16,比 15 大了一点点。说明真值应当在 3.88 左右。
那再迭代一次,用 $x_2 = frac{x_1 + frac{15}{x_1}}{2}$。把 4 代入,$frac{1}{2}(4 + frac{15}{4}) = frac{1}{2}(4 + 3.75) = frac{1}{2}(7.75) = 3.875$。
哇,这就挺准了。3.875 的平方是 15.0156,比 15 略大,说明真值确实是 3.87298……。 在 Python 里的话,要是想求高精度的平方根,Python 供给了 `math.sqrt` 函数。输入 15,直接回车,它就回一个浮点数。
要是是整数运算,比如我要算 $x$ 知足 $x^2 = 15$ 且 $x$ 是整数,那答案是“无整数解”。但在物理要么工程实际中,比如算一个物体的能量要么某种比例因子,时常需求这个值,这时候就得用非整数结局了。
有时候为了精度,还会用 ` 0.5` 这种幂运算。 实际上就算 15,在绝大多数情况下我们也不去追求那无尽的循环小数,出于它本身就是无理数,无限不循环。拿 100 来说,它的平方根是整数 10;拿 121 来说也是 11。但 15 这种数字本身就没法被“整除”。在编程面试要么正规考试中,要是题目问“15 的平方根是多少”,且没有特殊说明,一般默认是实数解。
要是是问整数呢,那答案就是“不存有”。
不过,从数学分析的角度看,15 的平方根确实是一个准存有的实数,只是我们一般用小数近似来表示它。 有人说 15 的平方根大约是 3.87 要么 3.88,这是出于四舍五入造成的误差。
实际上,它更精确的表示是 $3.87298 + 0.00001...$。在计算器上输入 15 开根号,拿到的是 3.8729833462074168...。
要是你是在做题,那时候就要看题目是不是在考察无理数的概念,还是在做近似计算。
要是是估算,3.87 肯定对;要是要精确值,那就只能用小数表示,并且一辈子写不出个句号,出于它是个循环小数。 另外,有时候大家会混淆平方和平方根。平方是 15 的 15 次方嘛,肯定是个大数;平方根是开 2 次方,就变回个几百要么几十。15 的平方根不是 15,也不是 7.3 左右,而是 3.87 左右。
这个区别挺关键的,万一你在写报告要么做实验数据的时候搞混了,那就画蛇添足啦。 再想想,有没有啥特殊情况?比如复数域里的平方根。在复数范围内,15 有两个平方根,一个在实数轴上,就是 3.8729...;另一个在虚数轴上,是负的 3.8729...,虚数单位是 $i$。数学上这叫共轭虚数对,写出来是 $pm sqrt{15} i$?不对,共轭虚数对是 $pm i sqrt{15}$。
什么的,15 是正数,它的平方根一个是实数,一个是虚数。实数那个就是 $sqrt{15}$,虚数那个是 $isqrt{15}$。
反正库函数 `cmath.sqrt(15)` 回的是实数,`cmath.sqrt(-15)` 才会回虚数。 总而言之,回到 15 本身。作为一个整数,它没有平方根(指整数根)。作为一个有理数,它也没有平方根(指有理数根)。它确实是一个无理数的平方根对应的数值,具体数值约为 3.87298。在考试要么日常使用中,要不就非要强调精度,否则大家都会直接说“约等于 3.87"。
这种表达方式既准又实用。
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