算术根和算术平方根的差别(那算术立方根呢)

《这篇文章适合任何知道根号的学生及学生家长,小学教师,中学老师; 任何童心未泯的老儿童,青壮年, 及任何一位希望重学一遍初等数学的数学教育者。》

平方,立方的数学概念其实在学生学十进制计数时就已有接触。10的平方(也叫二次方)是百,10的立方(也叫三次方)就是千,百的平方是万,万的平方是亿。所以,说学生在一年级就学了平方和立方也不为过。好玩的是(假如你不觉得奇怪),平方,立方的逆运算:开平方根和开立方根却要等到七年级的下半学期。这里先不管这个时间上的大跳越, 倒是由此也可以想象平方根,立方根应该是个非常困难的概念。

平方根的定义也不是那么可怕。你若问什么数的平方是百,大部分人稍有迟疑,也会答出:是10。据此,我们定义:100的一个平方根是10。是的,10只是一个100的平方根。那另一个是什么? 对的,是 -10。由于负负得正,我们稍作思考也能领悟:除0以外,一个数的平方根应该是两个。那困难从哪里来?

我们来试着问个类似问题:什么数的平方是2?大部分成人可能没有迟疑就答出:是根号2, 或负的根号2。学生没听过根号2,我们也可以解释:因为没有整数的平方是2,所以我们就“造”个新数(或新记号)根号2来代表这个数。至于有关根号2的更多传说(比如,传说这是个没有道理的数---无理数),有精力可以去听听,没精力,就让它继续传说下去也无妨。对这些传说的不理解可能是学生害怕根式的原因之一。

算术根和算术平方根的差别(那算术立方根呢)(1)

根号2的传说

假如一个无理数没把你吓退,那我们继续。有什么数,它的平方是个负数吗?觉得这又是个传说?是的,我们以后的写作里再提起它---虚数,复数的概念可以由此引出。单是考虑数的平方根运算就会产生“无理数”和“复数”两个大概念,无疑,根式的引入对一般学生而言会是很大的挑战。

这里只考虑正数的平方根。

从上面的例子里,我们看到,对一个正数来说,它有两个平方根:一个是正,一个是负。由此,中文教科书上做如下定义。

算术根和算术平方根的差别(那算术立方根呢)(2)

平方根的定义

只看平方根的话,这个算术平方根的名词也没什么害处,无非就是指正数的正的平方根。但是,假如我们考虑一般的n-次根的话就有很多疑惑。比如你问我:算术立方根是什么?我就无言以对了。

我们来看看立方根的例子。你若问什么数的立方是千,大部分人还是会答出:是10。因此,我们定义:1000的立方根是10。还有别的立方根吗? 你会摇头了。因为只有“一个”1000的立方根,好像就没必要引入“算术立方根”了。有没有算术4次根?好像也没地方提过。

把平方根和立方根做如此分类(一个有“算术”根,一个没有)并不是一个好的策略,反倒容易引起不必要的误解。 我们更提倡统一地称一个正数的“算术平方根”为“主平方根”(principal square root)。或简单地称为正平方根。也想提醒大家,英文里也不常见 “arithmetic square root”, 一般用 “principal square root”。

因为已经有关于根式的众多传说,我们不妨告诉学生多一个传说:任何一个非零的数都有n个不同的n-次根。不幸的是,你在实数域里也许一个都看不到。在学习了复数以后我们会定义任给的复数的n-次根,以及它的 “主n-次根”。我们会确定任何正数的“主n-次根”都是正数!因而中文教科书上的算术平方根就是主平方根。

有兴趣的读者可以在诸子数学第一册的第17章读到1和-1的所有4次方根(为大家的方便,列表如下)。

算术根和算术平方根的差别(那算术立方根呢)(3)

1和-1各有4个4次根

也许,告诉了学生任何数都有n个n-次根,大家反倒更坦然对待根式了。也许他们也更期待学习虚数和复数了。

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