Pengguna:Hadithfajri/Akar bilangan

Halaman ini berisi artikel tentang penarikan akar bilangan. Untuk akar-akar persamaan, lihat Akar fungsi.

Dalam kotak log-log akar ke-$n$ menjadi garis lurus.

Dalam matematika, akar pangkat n dari bilangan x adalah suatu bilangan yang apabila dipangkatkan n hasilnya sama dengan x; yaitu suatu bilangan r sedemikian sehingga ${\textstyle r^{n}=x}$ terpenuhi.

Dengan lambang, akar pangkat n dari x sama dengan r dapat ditulis sebagai$${\sqrt[{n}]{x}}=r.$$Dalam hal ini, ${\sqrt {{~^{~}}^{~}\!\!}}$ disebut tanda akar, n disebut pangkat akar dan x disebut radikan.

Pangkat akar merupakan bilangan bulat positif. Akar pangkat 2 biasa disebut akar kuadrat atau akar saja, dan angka pangkat tidak ditulis pada lambang akar ${\sqrt {x}}$.

Radikan, yakni yang diakarkan, biasanya merupakan suatu bilangan, baik bilangan riil atau bilangan kompleks, maupun sesuatu yang dapat dianggap sebagai bilangan, seperti matriks.

Definisi dan notasi

Sebarang bilangan ${\textstyle r}$ yang apabila dipangkatkan ${\textstyle n}$ (dengan ${\textstyle n}$ bilangan asli besar dari 1) bernilai sama dengan ${\textstyle x}$, ditulis $r^{n}=x$, disebut akar pangkat ${\textstyle {\boldsymbol {n}}}$ dari ${\textstyle x}$, dan dilambangkan sebagai ${\textstyle r={\sqrt[{n}]{x}}}$.

Operasi perhitungan nilai ${\textstyle {\sqrt[{n}]{x}}}$ disebut penarikan akar.

Grafik $y=\pm {\sqrt {x}}$.

Apabila disebut akar saja atau ditulis ${\sqrt {x}}$ saja tanpa bilangan pangkatnya, sudah menjadi kesepakatan umum bahwa yang dimaksud adalah akar pangkat dua, yang disebut juga akar kuadrat. Akar kuadrat dari bilangan x adalah bilangan r yang kuadratnya bernilai x, ditulis $r^{2}=x.$

Untuk pangkat yang lebih tinggi, selalu disebutkan bilangan pangkat akarnya. Seperti akar pangkat tiga, akar pangat empat, dan seterusnya.

Akar bilangan riil

Penarikan akar sebagai perpangkatan

Penarikan akar pangkat $n$ dan perpangkatan dengan pangkat $n$ saling meniadakan. Menurut definisi akar di atas, untuk semua bilangan riil $a\geq 0$ dan untuk semua bilangan asli $n\geq 1$ berlaku:

$\left({\sqrt[{n}]{a}}\right)^{n}=a$

Penarikan akar pangkat $n$ setara dengan melakukan perpangkatan dengan pangkat pecahan ${\tfrac {1}{n}}$. Perhatikan bahwa dengan kaidah perhitungan diketahui:

$\left(a^{\frac {1}{n}}\right)^{n}=a^{\frac {n}{n}}=a^{1}=a$

Maka dari itu, penarikan akar pangkat $n$ dapat diartikan sebagai perpangkatan dengan pangkat 1/n:

${\sqrt[{n}]{a}}=a^{\frac {1}{n}}$Menuliksankan akar pangkat n dalam bentuk perpangkatan, seperti dalam $x^{1/n}$, mempermudah manipulasi pangkat dan akar. Jika $a$ adalah bilangan real non-negatif,

${\sqrt[{n}]{a^{m}}}=(a^{m})^{1/n}=a^{m/n}=(a^{1/n})^{m}=({\sqrt[{n}]{a}})^{m}.$

Ketunggalan akar bilangan positif

Meskipun pertanyaan yang disebutkan diawal memiliki dua penyelesaian dengan tanda yang berbeda untuk akar pangkat bilangan genap dan radikan positif, yang merupakan notasi dengan tanda akar ${\sqrt[{}]{\color {white}1}}$ pada dasarnya untuk solusi positif. Misalnya, persamaan $x^{2}=4$ memiliki dua solusi $x=+2$ dan $x=-2$. Namun, istilah ${\sqrt[{2}]{4}}$ memiliki nilai +2 dan yang bukan nilai −2. Oleh karena itu, eksponen tersebut digunakan dalam akar genap

${\sqrt[{2n}]{x^{2n}}}=|x|\,.$

Akar bilangan negatif

Definisi akar dari bilangan negatif bukan seragam. Maka berlaku, yaitu

$(-2)^{3}=-8\,,$

dan $-2$ adalah satu-satunya bilangan real kuasa ketiga $-8$. Secara umum, bilangan negatif menghasilkan kuasa ganjil dari bilangan negatif.

Berkenaan dengan akar ganjil dari bilangan negatif, berikut ini diambil:

• Akar dari bilangan negatif umumnya tidak didefinisikan. Misalnya, ${\sqrt[{3}]{-8}}$ tidak didefinisikan. Solusi dari persamaan $x^{3}=-8$ ditulis sebagai $x=-{\sqrt[{3}]{8}}$.
• Akar dari bilangan negatif didefinisikan jika eksponen akar adalah bilangan ganjil (3, 5, 7, ...). Untuk bilangan ganjil $2n+1$ adalah

${\sqrt[{2n+1}]{-a}}=-{\sqrt[{2n+1}]{a}}$.

Definisi ini tidak sesuai dengan beberapa sifat akar yang digunakan untuk radikan positif. Contohnya adalah

$-2={\sqrt[{3}]{-8}}\neq {\sqrt[{6}]{(-8)^{2}}}={\sqrt[{6}]{64}}=+2.$

Definisi ini juga tidak melakukan persamaan ${\sqrt[{k}]{a}}=a^{\frac {1}{k}}=\exp \left({\tfrac {1}{k}}\ln(a)\right)$, karena logaritma (secara alamiah) dari bilangan negatif yang tidak didefinisikan (maka, $a$ tetaplah negatif).

Akar kuasa genap dari bilangan negatif tidak berupa bilangan real karena kuasa bilangan real bukanlah negatif. Tidak ada bilangan real $x$, jadi $x^{2}=-1$ tidak dapat menemukan akar $x={\sqrt[{2}]{-1}}$ yang terletak pada bilangan real. Dibutuhkan akan akar bilangan negatif disebabkan karena pengenalan bilangan kompleks; namun, dengan konsep akar pada area bilangan kompleks, terdapat kesulitan tertentu dengan identifikasi yang jelas dari salah satu akar, lihat dibawah.

Akar irasional dari bilangan bulat

Jika $n$ adalah bilangan bulat tidak negatif dan $k$ adalah bilangan bulat positif, jadi ${\sqrt[{k}]{n}}$ adalah bilangan bulat atau bilangan irasional. Hal ini dibuktikan dengan menerapkan keunikan faktorisasi prima:

Jika $n\leqq 1$, maka ${\sqrt[{k}]{n}}=n$, yaitu bilangan bulat. Jika tidak, faktorisasi prima unik kecuali urutan faktor $n=p_{1}^{e_{1}}\dotsm p_{r}^{e_{r}}$ dengan urutan bilangan prima yang berbeda $p_{1},\dotsc ,p_{r}$ dan bilangan bulat positif $e_{1},\dotsc ,e_{r}$. Apakah semua $e_{j}$ untuk $1\leqq j\leqq r$ habis dibagi $k$, jadi ${\sqrt[{k}]{n}}=p_{1}^{e_{1}/k}\dotsm p_{r}^{e_{r}/k}$ adalah bilangan bulat.

Untuk menunjukkannya adalah: Apakah ada setidaknya satu $j$ dengan $1\leqq j\leqq r$, sehingga $e_{j}$ tidak habis dibagi $k$, maka ${\sqrt[{k}]{n}}$ adalah irasional. Bukti irasionalitas tak langsung, juga menyangkal asumsi berlawanan seperti dalam bukti irasional akar 2 dalam Euklides, yang pada dasarnya adalah kasus khusus $n=k=2$ dari pembuktian ini.

Misalkan ${\sqrt[{k}]{n}}$ adalah rasional. Kemudian Anda menulis bilangan tersebut sebagai pecahan dari dua bilangan asli $a$ dan $b$:

${\sqrt[{k}]{n}}={\frac {a}{b}}$.

Dengan menaikkan persamaan ke kuasa

$n={\frac {a^{k}}{b^{k}}}$

dan mengikuti

$nb^{k}=a^{k}$.

Faktorisasi prima $p_{j}$ muncul pada $a^{k}$ atau $b^{k}$, $k$ lebih digunakan daripada $a$ atau $b$, setidaknya dalam perkalian yang dibagi dengan $k$, dimana kemunculan 0 tentu saja diizinkan. Pada $n$ disesuaikan dengan prasyarat pada perkalian $e_{j}$ yang tidak habis dibagi $k$. Jadi itu tidaklah muncul pada sisi kiri persamaan yang digunakan dalam perkalian yang habis dibagi $k$, tetapi pada bagian sebelah kanannya, dan mendapatkan kontradiksi dengan keunikan faktorisasi prima. Oleh karena itu, ${\sqrt[{k}]{n}}$ adalah irasional.

Sifat operasi akar

Aturan perhitungan untuk akar dihasilkan dari aturan untuk kuasa.

Hukum matematika berikut ini berlaku untuk bilangan positif $a$ dan $b$ dan $n,m,k\in \mathbb {N}$:

• Perkalian : ${\sqrt[{n}]{a}}\cdot {\sqrt[{n}]{b}}={\sqrt[{n}]{a\cdot b}}$
• Pembagian: ${\frac {\sqrt[{n}]{a}}{\sqrt[{n}]{b}}}={\sqrt[{n}]{\frac {a}{b}}}$
• Iterasi: ${\sqrt[{m}]{\sqrt[{n}]{a}}}={\sqrt[{m\cdot n}]{a}}$
• Definisi eksponen pecahan: $a^{\frac {k}{n}}={\sqrt[{n}]{a^{k}}}=\left({\sqrt[{n}]{a}}\right)^{k}$
• Definisi eksponen negatif: $a^{-{\frac {k}{n}}}={\frac {1}{a^{\frac {k}{n}}}}$
• Dengan radikan yang sama, berlaku: ${\sqrt[{m}]{a}}\cdot {\sqrt[{n}]{a}}=a^{{\frac {1}{m}}+{\frac {1}{n}}}={\sqrt[{mn}]{a^{m+n}}}$

Kehalusan dapat terjadi saat mengambil akar pangkat n dari negatif atau bilangan kompleks. Misalnya:

${\sqrt {-1}}\times {\sqrt {-1}}\neq {\sqrt {-1\times -1}}=1,\quad$, namun, lebih tepatnya adalah $\quad {\sqrt {-1}}\times {\sqrt {-1}}=i\times i=i^{2}=-1.$

Karena kaidah ${\sqrt[{n}]{a}}\times {\sqrt[{n}]{b}}={\sqrt[{n}]{ab}}$ hanya berlaku untuk radikan real non-negatif saja, penerapannya mengarah pada ketaksamaan pada langkah pertama diatas.

Dengan bilangan negatif $a$ dan $b$, hukum aritmetika ini hanya dapat digunakan, jika $m$ dan $n$ adalah bilangan ganjil. Dalam kasus bilangan kompleks, ia harus dihindari sepenuhnya, atau ekuivalen hanya berlaku dengan pilihan saham sekunder yang sesuai. Dengan kata lain: dalam contoh, akar apa pun (misalnya, nilai utama) dipilih pada sisi kiri, untuk sisi kanan terdapat bilangan sekunder yang sesuai yang memenuhi persamaan—sisi kiri dan kanan berbeda satu akar satuan.

Barisan

Limit barisan berikut ini berlaku:

• $\lim _{n\rightarrow \infty }{\sqrt[{n}]{a}}=1$ untuk $a>0$
• $\lim _{n\rightarrow \infty }{\sqrt[{n}]{n}}=1$

Ini mengikuti dari pertidaksamaan $n<\left(1+{\sqrt[{2}]{\tfrac {2}{n}}}\right)^{n}$, yang ditunjukkan dengan bantuan teorema binomial.

• $\lim _{n\to \infty }{\sqrt[{n}]{n^{k}}}=1$, dimana $k$ adalah bilangan asli tetap.
• $\lim _{n\rightarrow \infty }{\frac {\ln(n)}{n}}=0$,

seperti dilihat dari representasi eksponensial dari ${\sqrt[{n}]{n}}$.

Fungsi akar

Fungsi berikut ini berlaku dalam bentuk

$f\colon \mathbb {R} _{0}^{+}\to \mathbb {R} _{0}^{+},x\mapsto {\sqrt[{n}]{x}}$ atau $x\mapsto {\sqrt[{n}]{x^{m}}}$

yang disebut juga sebagai fungsi akar. Maka ia adalah fungsi pangkat, yang berlaku ${\sqrt[{n}]{x^{m}}}=x^{\frac {m}{n}}$.

Penyederhanaan bentuk akar

Bentuk akar dikatakan dalam bentuk sederhana jika

1. Tidak ada faktor radikan yang ditulis sebagai kuasa besar atau sama dengan indeks.
2. Tidak ada pecahan di bawah tanda radikal.
3. Tidak ada radikal dalam penyebutnya.

Misalnya, untuk menulis ekspresi akar ${\sqrt {\tfrac {32}{5}}}$ dalam bentuk sederhana, kita melanjutkannya sebagai berikut. Pertama, cari kuadrat sempurna di bawah tanda akar kuadrat dan hapus:

${\sqrt {\tfrac {32}{5}}}={\sqrt {\tfrac {16\times 2}{5}}}=4{\sqrt {\tfrac {2}{5}}}$

Selanjutnya, ada pecahan di bawah tanda radikal, yang kita ubah sebagai berikut:

$4{\sqrt {\tfrac {2}{5}}}={\frac {4{\sqrt {2}}}{\sqrt {5}}}$

Akhirnya, kita menghapus akar dari penyebut sebagai berikut:

${\frac {4{\sqrt {2}}}{\sqrt {5}}}={\frac {4{\sqrt {2}}}{\sqrt {5}}}\cdot {\frac {\sqrt {5}}{\sqrt {5}}}={\frac {4{\sqrt {10}}}{5}}={\frac {4}{5}}{\sqrt {10}}$

Ketika ada penyebut yang melibatkan surd, mungkin menemukan faktor untuk mengalikan pembilang dan penyebut dengan cara menyederhanakan ekspresi. Misalnya menggunakan faktorisasi jumlah dua kubus:

${\frac {1}{{\sqrt[{3}]{a}}+{\sqrt[{3}]{b}}}}={\frac {{\sqrt[{3}]{a^{2}}}-{\sqrt[{3}]{ab}}+{\sqrt[{3}]{b^{2}}}}{\left({\sqrt[{3}]{a}}+{\sqrt[{3}]{b}}\right)\left({\sqrt[{3}]{a^{2}}}-{\sqrt[{3}]{ab}}+{\sqrt[{3}]{b^{2}}}\right)}}={\frac {{\sqrt[{3}]{a^{2}}}-{\sqrt[{3}]{ab}}+{\sqrt[{3}]{b^{2}}}}{a+b}}.$

Menyederhanakan ekspresi radikal yang melibatkan radikal tersarang bisa sangat sulit. Misalnya bahwa:

${\sqrt {3+2{\sqrt {2}}}}=1+{\sqrt {2}}$

Di atas dapat diturunkan melalui:

${\sqrt {3+2{\sqrt {2}}}}={\sqrt {1+2{\sqrt {2}}+2}}={\sqrt {1^{2}+2{\sqrt {2}}+{\sqrt {2}}^{2}}}={\sqrt {\left(1+{\sqrt {2}}\right)^{2}}}=1+{\sqrt {2}}$

Misalkan $r=p/q$, dengan p dan q berkoprima dan bilangan bulat positif. Maka ${\sqrt[{n}]{r}}={\sqrt[{n}]{p}}/{\sqrt[{n}]{q}}$ adalah rasional jika dan hanya jika keduanya ${\sqrt[{n}]{p}}$ dan ${\sqrt[{n}]{q}}$ adalah bilangan bulat, yang berarti bahwa baik p dan q adalah kuasa ke-n dari beberapa bilangan bulat.

Deret tak hingga

Radikal atau akar yang diwakili oleh deret tak hingga:

$(1+x)^{\frac {s}{t}}=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {\prod _{k=0}^{n-1}(s-kt)}{n!t^{n}}}x^{n}$

dengan $|x|<1$. Ekspresi ini diturunkan dari deret binomial.

Menghitung akar utama

Menggunakan metode Newton

Akar ke-n dari bilangan A dihitung dengan metode Newton. Mulailah dengan tebakan awal x₀ dan kemudian ulangi menggunakan relasi perulangan

$x_{k+1}={\frac {n-1}{n}}x_{k}+{\frac {A}{nx_{k}^{n-1}}}$

until the desired precision is reached. Misalnya, untuk mencari akar kelima dari 34, kita masukkan n = 5, A = 34 dan x₀ = 2 (tebakan awal). 5 iterasi pertama adalah, kira-kira:
x₀ = 2
x₁ = 2.025
x₂ = 2.024397817
x₃ = 2.024397458
x₄ = 2.024397458
Perkiraan x₄ adalah nilai akurat hingga 25 tempat desimal.

Metode Newton dapat dimodifikasi untuk menghasilkan berbagai pecahan kontinu umum untuk akar pangkat n. Misalnya,

${\sqrt[{n}]{z}}={\sqrt[{n}]{x^{n}+y}}=x+{\cfrac {y}{nx^{n-1}+{\cfrac {(n-1)y}{2x+{\cfrac {(n+1)y}{3nx^{n-1}+{\cfrac {(2n-1)y}{2x+{\cfrac {(2n+1)y}{5nx^{n-1}+{\cfrac {(3n-1)y}{2x+\ddots }}}}}}}}}}}}.$

Perhitungan digit-kali-digit dari akar utama bilangan desimal (basis 10)

Segitiga Pascal menunjukkan $P(4,1)=4$.

Membangun perhitungan digit-kali-digit dari akar kuadrat, dapat dilihat bahwa rumus yang digunakan di sana, $x(20p+x)\leq c$, atau $x^{2}+20xp\leq c$, mengikuti pola yang melibatkan segitiga Pascal. Untuk akar pangkat n suatu bilangan $P(n,i)$ didefinisikan sebagai nilai elemen $i$ pada baris $n$ dari Segitiga Pascal sehingga $P(4,1)=4$ dapat ditulis ulang ekspresi sebagai $\sum _{i=0}^{n-1}10^{i}P(n,i)p^{i}x^{n-i}$. Untuk kenyamanan, seruan hasil dari ekspresi ini $y$. Menggunakan ekspresi yang lebih umum ini, setiap akar utama positif dapat dihitung, digit-kali-digit, sebagai berikut.

Tulis bilangan asli dalam bentuk desimal. Bilangan-bilangan ditulis dengan algoritma pembagian panjang, dan, seperti pada pembagian panjang, akarnya akan ditulis pada baris diatas. Sekarang pisahkan bilangan-bilangan menjadi grup bilangan yang sama dengan akar yang diambil, mulai dari titik desimal dan ke kiri dan kanan. Titik desimal dari akar akan berada diatas titik desimal dari radikan. Satu digit akar akan muncul diatas pada setiap grup digit dari bilangan aslinya.

Dimulai dengan grup digit paling kiri, lakukan prosedur berikut untuk setiap gru0:

1. Mulai dari kiri, turunkan grup bilangan paling signifikan (paling kiri) yang belum digunakan (jika semua digit telah digunakan, tulis "0" berapa kali untuk membuat grup) dan tuliskan dibagian kanan sisa dari langkah sebelumnya (pada langkah pertama, tidak akan ada sisa). Dengan kata lain, kalikan sisanya dengan $10^{n}$ dan tambahkan digit dari grup berikutnya. Ini akan menjadi nilai saat c.
2. Temukan p dan x, sebagai berikut:
   • Maka $p$ sebagai bagian dari akar yang ditemukan sejauh ini, dengan tidak menggunakan titik desimal apa pun. (Untuk langkah pertama, $p=0$).
   • Tentukan bilangan terbesar $x$ sehingga $y\leq c$.
   • Tempatkan digit $x$ sebagai digit berikutnya dari akar, yaitu, bagian atas grup digit yang baru saja Anda turunkan. Jadi p berikutnya akan menjadi p lama dikalikan 10 ditambah x.
3. Kurangi $y$ dari $c$ untuk membentuk sisa baru.
4. Jika sisanya adalah nol dan tidak ada lagi bilangan yang harus diturunkan, maka algoritma telah dihentikan. Jika tidak, kembali ke langkah 1 untuk iterasi lain.

Contoh

Temukan akar kuadrat dari 152,2756.

          1  2. 3  4 
       /
     \/  01 52.27 56

         01                   100·1·00·12 + 101·2·01·11     ≤      1   <   100·1·00·22   + 101·2·01·21         x = 1
         01                      y = 100·1·00·12   + 101·2·01·12   =  1 +    0   =     1
         00 52                100·1·10·22 + 101·2·11·21     ≤     52   <   100·1·10·32   + 101·2·11·31         x = 2
         00 44                   y = 100·1·10·22   + 101·2·11·21   =  4 +   40   =    44
            08 27             100·1·120·32 + 101·2·121·31   ≤    827   <   100·1·120·42  + 101·2·121·41        x = 3
            07 29                y = 100·1·120·32  + 101·2·121·31  =  9 +  720   =   729
               98 56          100·1·1230·42 + 101·2·1231·41 ≤   9856   <   100·1·1230·52 + 101·2·1231·51       x = 4
               98 56             y = 100·1·1230·42 + 101·2·1231·41 = 16 + 9840   =  9856
               00 00          Perhitungan algoritma terakhir: Jawabannya adalah 12.34

Cari akar pangkat tiga dari 4192 ke perseratusan terdekat.

        1   6.  1   2   4
 3  /
  \/  004 192.000 000 000

      004                      100·1·00·13    +  101·3·01·12   + 102·3·02·11    ≤          4  <  100·1·00·23     + 101·3·01·22    + 102·3·02·21     x = 1
      001                         y = 100·1·00·13   + 101·3·01·12   + 102·3·02·11   =   1 +      0 +          0   =          1
      003 192                  100·1·10·63    +  101·3·11·62   + 102·3·12·61    ≤       3192  <  100·1·10·73     + 101·3·11·72    + 102·3·12·71     x = 6
      003 096                     y = 100·1·10·63   + 101·3·11·62   + 102·3·12·61   = 216 +  1,080 +      1,800   =      3,096
          096 000              100·1·160·13   + 101·3·161·12   + 102·3·162·11   ≤      96000  <  100·1·160·23   + 101·3·161·22   + 102·3·162·21    x = 1
          077 281                 y = 100·1·160·13  + 101·3·161·12  + 102·3·162·11  =   1 +    480 +     76,800   =     77,281
          018 719 000          100·1·1610·23  + 101·3·1611·22  + 102·3·1612·21  ≤   18719000  <  100·1·1610·33  + 101·3·1611·32  + 102·3·1612·31   x = 2
              015 571 928         y = 100·1·1610·23 + 101·3·1611·22 + 102·3·1612·21 =   8 + 19,320 + 15,552,600   = 15,571,928
              003 147 072 000  100·1·16120·43 + 101·3·16121·42 + 102·3·16122·41 ≤ 3147072000  <  100·1·16120·53 + 101·3·16121·52 + 102·3·16122·51  x = 4
                               Presisi yang diinginkan tercapai:
                               Akar pangkat tiga dari 4192 adalah sekitar 16,12

Perhitungan logaritma

Akar ke-n utama dari bilangan positif dihitung menggunakan logaritma. Dimulai dari persamaan yang mendefinisikan r sebagai akar pangkat n, yaitu $r^{n}=x,$ dengan x positif dan oleh karena itu akar utamanya r juga positif, satu mengambil logaritma dari kedua sisi (basis logaritma akan dilakukan) untuk mendapatkan

$n\log _{b}r=\log _{b}x\quad \quad {\text{oleh karena itu}}\quad \quad \log _{b}r={\frac {\log _{b}x}{n}}.$

Akar r dengan mengambil antilog:

$r=b^{{\frac {1}{n}}\log _{b}x}.$

(Catatan: Rumus tersebut menunjukkan kuasa b dengan hasil pembagian, bukan b dikalikan dengan hasil pembagian.)

Untuk kasus dimana x negatif dan n ganjil, ada satu akar real r yang juga negatif. Ini ditemukan dengan mengalikan kedua sisi persamaan yang mendefinisikan dengan 1 untuk mendapatkan $|r|^{n}=|x|,$ kemudian dilanjutkan sebelumnya untuk menemukan |r|, dan menggunakan r = −|r|.

Keterlukisan secara geometri

Matematikawan Yunani kuno tahu bagaimana melukis dengan jangka dan mistar untuk membangun panjang yang sama dengan akar kuadrat dari panjang tertentu, ketika garis satuan panjang diberikan. Pada tahun 1837 Pierre Wantzel membuktikan bahwa akar pangkat n dari panjang tertentu tidak dapat dibangun jika n bukanlah kuasa 2.

Akar kompleks

Lima akar kelima dari 1 + i√3 = 2 · e^π · i/3

Tiga solusi dari persamaan $w^{3}=z$ pada medan kompleks $w$ (grid merah, hijau, biru). Jaring merah juga menunjukkan fungsi ${\sqrt[{3}]{z}}$. Segitiga $z$ berwarna besar dan tiga gambar $w$ yang berfungsi sebagai panduan.

Bilangan kompleks $\mathbb {C}$ didefinisikan oleh adjungsi $\mathbb {C} :=\mathbb {R} (\mathrm {i} )$ solusi (root) $\mathrm {i} :={\sqrt {-1}}$ dari persamaan $\mathrm {i} ^{2}=-1$ untuk bilangan real $\mathbb {R}$. Apabila memahami bilangan kompleks sebagai level $\mathbb {R} \times \mathbb {R}$, dimana bilangan real sebagai garis lurus dibedakan $\mathbb {R} \times {0}$ diberikan medan sebagai dua setengah medan dan bilangan positif berada bagian kanan, maka bilangan $\mathrm {i}$ ditempatkan bagian atas dan $-\mathrm {i}$ ditempatkan setengah medan bawah. Gleichzeitig mit dieser Orientierung wird der Nullpunkt $(0,0)$ durch die Funktion $\mathrm {e} ^{\mathrm {i} \varphi }$ für wachsendes reelles $\varphi$ im mathematisch positiven Sinn (also entgegen dem Uhrzeigersinn) umlaufen, so dass $\scriptstyle \mathrm {e} ^{\pm {\frac {\pi }{2}}\mathrm {i} }=\pm \mathrm {i}$ ist. Mit dieser Maßgabe lassen sich inhärent mehrdeutige Wurzeln im Komplexen auf eindeutige Real- und Imaginärteile (Hauptwerte) festlegen. Gleichwohl ist bei der Anwendung der Wurzelgesetze die dort erwähnte Sorgfalt zu beachten.

Als die $n$-ten Wurzeln einer komplexen Zahl $a\in \mathbb {C}$ bezeichnet man die Lösungen der Gleichung

$z^{n}=a$.

Ist $a\neq 0$ in der Exponentialform $a=|a|\,\mathrm {e} ^{\mathrm {i} \varphi }$ dargestellt, so sind die $n$-ten Wurzeln aus $a$ genau die $n$ komplexen Zahlen

$z_{k}={\sqrt[{n}]{|a|}}\cdot \exp \left({\frac {\mathrm {i} \varphi }{n}}+k\cdot {\frac {2\pi \mathrm {i} }{n}}\right)\quad (k=0,1,\dots ,n-1)$

Der Sonderfall $a=1$ wird als $n$-te Kreisteilungsgleichung bezeichnet, die Lösungen als $n$-te Einheitswurzeln. Die Bezeichnung „Kreisteilungsgleichung“ erklärt sich, wenn man ihre Lösungen in der Gaußschen Ebene betrachtet: die $n$-ten Einheitswurzeln teilen den Kreis mit dem Radius $1$ und dem Koordinatenursprung als Mittelpunkt in $n$ gleiche Teile, sie bilden die Eckpunkte eines in den Kreis einbeschriebenen regulären $n$-Ecks.

Anders als bei reellen Zahlen kann man nicht so einfach eine der Wurzeln als die Wurzel auszeichnen; dort wählt man die einzige nichtnegative Wurzel. Man kann jedoch eine (holomorphe) $n$-te Wurzelfunktion für komplexe Zahlen, die keine nichtpositiven reellen Zahlen sind, über den Hauptzweig des komplexen Logarithmus definieren:

$z^{1/n}=\exp {\frac {\ln z}{n}}\quad (z\in \mathbb {C} \setminus \{x\in \mathbb {R} \mid x\leq 0\})$

Die so ausgezeichnete Wurzel bezeichnet man auch als Hauptwert, die anderen als Nebenwerte.

Man kann den Logarithmus auch (unstetig) auf die negative reelle Achse fortsetzen, es gilt dann aber mit der so definierten Wurzelfunktion beispielsweise ${\sqrt[{3}]{-8}}=2\,\exp {{\bigl (}\mathrm {i} \,{\tfrac {\pi }{3}}{\bigr )}}=1+\mathrm {i} {\sqrt {3}}$ und nicht $=-2$.

Setiap bilangan kompleks selain 0 memiliki n akar pangkat n yang berbeda.

Akar kuadrat

Akar kuadrat dari i

Dua akar kuadrat dari bilangan kompleks tetap negatif satu sama lain. Misalnya, akar kuadrat dari −4 adalah 2i dan −2i, dan akar kuadrat dari i adalah

${\tfrac {1}{\sqrt {2}}}(1+i)\quad {\text{dan}}\quad -{\tfrac {1}{\sqrt {2}}}(1+i).$

Apabila kita menyatakan bilangan kompleks dalam bentuk polar, maka akar kuadrat memperoleh dengan mengambil akar kuadrat dari jari-jari dan membagi dua sudut:

${\sqrt {re^{i\theta }}}=\pm {\sqrt {r}}\cdot e^{i\theta /2}.$

Akar utama dari bilangan kompleks dapat dipilih dengan berbagai cara, misalnya

${\sqrt {re^{i\theta }}}={\sqrt {r}}\cdot e^{i\theta /2}$

yang memperkenalkan cabang potong pafa medan kompleks sepanjang sumbu real positif dengan kondisi 0 ≤ θ < 2π, atau sepanjang sumbu real negatif dengan −π < θ ≤ π.

Tiga akar ke-3 dari −1,
salah satunya adalah real negatif

Dengan menggunakan cabang pertama(terakhir) potong akar kuadrat utama $\scriptstyle {\sqrt {z}}$ memetakan $\scriptstyle z$ ke setengah medan dengan bagian imajiner (real) non-negatif. Cabang potong terakhir diandaikan dalam perangkat lunak matematika seperti Matlab atau Scilab.

Akar satuan

Tiga akar ke-3 dari 1

Artikel utama: Akar satuan

Bilangan 1 memiliki n akar n yang berbeda pada medan kompleks, yaitu

$1,\;\omega ,\;\omega ^{2},\;\ldots ,\;\omega ^{n-1},$

dimana

$\omega =e^{\frac {2\pi i}{n}}=\cos \left({\frac {2\pi }{n}}\right)+i\sin \left({\frac {2\pi }{n}}\right)$

Akar-akar ini ditempatkan secara merata di sekitar lingkaran satuan pada medan kompleks, sudut yang merupakan kelipatan dari $2\pi /n$. Misalnya, akar kuadrat dari satuan adalah 1 dan −1, dan akar keempat dari satuan adalah 1, $i$, −1, dan $-i$.

Akar ke-n

Akar pangkat n dari satuan

• 
  Empat akar ke-4 dari −1,
  bukan dari nilai real
• 
  Tiga persegi dalam yang kongruen dalam segitiga Calabi.
• 
  Segitiga emas dibagi lagi menjadi segitiga emas dan gnomon emas yang lebih kecil.
• 
  Pengubinan segitiga triakis.

Wakilan geometris dari akar ke-2 hingga ke-6 bilangan kompleks z, dalam bentuk polar re^iφ  dimana r = |z | dan φ = arg z. If z adalah real, φ = 0 atau π. Akar utama ditampilkan dalam warna hitam.

Setiap bilangan kompleks memiliki n akar pangkat n yang berbeda pada medan kompleks. Maka, ini adalah

$\eta ,\;\eta \omega ,\;\eta \omega ^{2},\;\ldots ,\;\eta \omega ^{n-1},$

dimana η adalah akar tunggal ke-n, dan 1, ω, ω², ... ωⁿ⁻¹ adalah akar akar satuan ke-n. Misalnya, empat akar keempat yang berbeda dari 2 adalah

${\sqrt[{4}]{2}},\quad i{\sqrt[{4}]{2}},\quad -{\sqrt[{4}]{2}},\quad {\text{dan}}\quad -i{\sqrt[{4}]{2}}.$

Dalam bentuk polar, akar pangkat n tunggal dapat ditemukan dengan rumus

${\sqrt[{n}]{re^{i\theta }}}={\sqrt[{n}]{r}}\cdot e^{i\theta /n}.$

Disini r adalah magnitudo (modulus, juga disebut nilai absolut) dari bilangan yang akarnya akan diambil; jika bilangan tersebut dapat ditulis sebagai a+bi maka $r={\sqrt {a^{2}+b^{2}}}$. Juga, $\theta$ adalah sudut yang dibentuk sebagai salah satu poros pada titik asal berlawanan arah jarum jam dari sumbu horizontal positif ke sinar dari titik asal ke bilangan; yang memiliki sifat $\cos \theta =a/r,$, $\sin \theta =b/r,$, dan $\tan \theta =b/a.$

Dengan demikian, menemukan akar pangkat n pada medan kompleks dibagi menjadi dua langkah. Pertama, besar semua akar pangkat n adalah akar pangkat n dari besaran bilangan asli. Kedua, sudut antara sumbu horizontal positif dan sinar dari titik asal ke salah satu akar pangkat n adalah $\theta /n$, dimana $\theta$ adalah sudut yang didefinisikan dengan cara yang sama untuk bilangan akar yang akan diambil. Selanjutnya, semua n dari akar pangkat n berada pada sudut yang sama jarak satu sama lain.

Jika n adalah genap, akar pangkat n adalah bilangan kompleks, dimana terdapat bilangan genap, datanglah berpasangan aditif invers, sehingga jika suatu bilangan r₁ adalah salah satu akar pangkat n maka r₂ = –r₁ adalah lainnya. Ini karena menaikkan koefisien yang terakhir -1 ke kuasa ke-n untuk genap n menghasilkan 1: yaitu, (–r₁)ⁿ = (–1)ⁿ × r₁ⁿ = r₁ⁿ.

Seperti halnya akar kuadrat, rumus atas tidak mendefinisikan fungsi kontinu untuk seluruh medan kompleks, tetapi memiliki cabang potong pada titik dimana θ / n adalah takkontinu.

Menyelesaikan polinomial

Lihat pula: Algoritma pencarian akar

Salah satu konjektur bahwa semua persamaan polinomial sebagai penyelesaian aljabar (yaitu, bahwa semua akar dari polinomial dinyatakan dalam jumlah hingga radikal dan operasi dasar). Namun, sementara ini berlaku untuk polinomial derajat ketiga (kubik) dan polinomial derajat keempat (kuartik), Teorema Abel–Ruffini (1824) menunjukkan bahwa ini tidak benar secara umum ketika derajatnya 5 atau lebih besar. Misalnya, solusi persamaan

$x^{5}=x+1$

tidak dinyatakan dalam bentuk radikal. (cf. persamaan kuintik)

Bukti irasionalitas untuk kuasa ke-n taksempurna x

Asumsikan bahwa ${\sqrt[{n}]{x}}$ adalah rasional. Artinya, mereduksi menjadi pecahan ${\frac {a}{b}}$, dimana a dan b adalah bilangan bulat tanpa faktor persekutuan.

Ini berarti bahwa $x={\frac {a^{n}}{b^{n}}}$.

Karena x adalah bilangan bulat, $a^{n}$ dan $b^{n}$ harus memiliki faktor persekutuan jika $b\neq 1$. Ini berarti jika $b\neq 1$, ${\frac {a^{n}}{b^{n}}}$ tidak dalam bentuk sederhana. Jadi b harus sama dengan 1.

Karena $1^{n}=1$ dan ${\frac {n}{1}}=n$, ${\frac {a^{n}}{b^{n}}}=a^{n}$.

Ini berarti $x=a^{n}$ dan dengan demikian, ${\sqrt[{n}]{x}}=a$. Maka, ini menyatakan bahwa ${\sqrt[{n}]{x}}$ adalah bilangan bulat. Karena x bukanlah kuasa ke-n sempurna, kemungkinan tidak. Jadi ${\sqrt[{n}]{x}}$ adalah irasional.

Sejarah

Artikel utama: Akar kuadrat § Sejarah, dan Akar kubus § Sejarah

Istilah kuno untuk operasi pengambilan akar n adalah radikasi.

Tanda akar

Pada komputer, tanda akar adalah sebagai berikut:

Lambang	Nama	Nama Unicode	Unikode	Pengkodean HTML			URL
				dec	hex	name
√	akar kuadrat	SQUARE ROOT	U+221A	√	√	√	%E2%88%9A
∛	akar pangkat tiga	CUBE ROOT	U+221B	∛	∛	–	%E2%88%9B
∜	akar pangkat empat	FOURTH ROOT	U+221C	∜	∜	–	%E2%88%9C

Dengan LaTeX:

• akar ${\sqrt {x}}$ didapat dari \sqrt x;
• akar ${\sqrt[{k}]{x}}$ didapat dari \sqrt[k] x.

Ngigo makan gulali

Sebagai contoh, 3 adalah akar kuadrat dari 9, karena 3² = 9, dan 3 juga merupakan akar kuadrat dari 9, karena (−3)² = 9.

Setiap bilangan bukan nol yang dianggap sebagai bilangan kompleks memiliki n akar ke-n yang berbeda, termasuk real (paling banyak dua). Akar ke-n dari 0 adalah nol untuk semua bilangan bulat positif n, setelah 0ⁿ = 0. Khususnya, jika n genap dan x adalah bilangan real positif, satunya adalah negatif, dan yang lainnya (ketika n > 2) bilangan kompleks non-real; jika n genap dan x adalah bilangan real negatif, tidak ada satupun akar ke-n yang merupakan real. Jika n ganjil dan x real, satu akar n adalah real dan bertanda sama sebagai x, sedangkan akar lainnya (n – 1) bukanlah real. Akhirnya, jika x bukanlah real, maka tidak ada akar ke-n yang merupakan real.

dengan menunjukkan akar kuadrat positif dari x jika x adalah positif; untuk akar tinggi, ${\sqrt[{n}]{x}}$ menunjukkan akar ke-n yang sebenarnya jika n adalah ganjil, dan akar pangkat n positif jika n adalah genap dan x adalah positif. Dalam kasus lain, simbol tidak umum digunakan sebagai ambigu.

Ketika kompleks akar ke-n dipertimbangkan, sering kali berguna untuk memilih salah satu akar, yang disebut akar utama, sebagai nilai utama. Pilihan umum adalah memilih akar ke-n utama dari x sebagai akar ke-n, dengan bagian real terbesar, dan, jika ada dua (untuk x real dan negatif), yang memiliki bagian imajiner positif. Ini membuat akar ke-n sebagai fungsi real dan positif untuk x real dan positif, dan adalah kontinu diseluruh bidang kompleks, kecuali untuk nilai x real dan negatif.

Kesulitan dengan pilihan ini adalah, untuk bilangan real negatif dan indeks ganjil, akar ke-n utama yang bukan asli. Misalnya, $-8$ memiliki tiga akar pangkat tiga, $-2$, $1+i{\sqrt {3}}$ dan $1-i{\sqrt {3}}.$ Akar pangkat tiga sebenarnya adalah $-2$ dan akar pangkat tiga utama adalah $1+i{\sqrt {3}}.$

Akar yang tidak terselesaikan, terutama yang menggunakan simbol radikal, kadang-kadang disebut sebagai surd atau "radikal". Setiap ekspresi yang mengandung radikal, apakah itu akar kuadrat, akar pangkat tiga, atau akar yang lebih tinggi, disebut ekspresi radikal, dan jika tidak mengandung fungsi transendental atau bilangan transendental disebut ekspresi aljabar.

Akar digunakan untuk menentukan radius konvergensi dari deret pangkat dengan uji akar. Akar ke-n dari 1 disebut akar satuan dan memainkan peran mendasar dalam berbagai bidang matematika, seperti teori bilangan, teori persamaan, dan transformasi Fourier.

Definisi lan notasi

Setiap bilangan riil positif x memiliki akar pangkat n positif tunggal, yang disebut akar pangkat n utama, yang ditulis sebagai ${\sqrt[{n}]{x}}$. Untuk n sama dengan 2 ini disebut akar kuadrat utama dan n yang dihilangkan. Akar ke-n juga dapat direpresentasikan menggunakan eksponensial sebagai x^1/n.

Untuk nilai genap n, bilangan positif juga memiliki akar pangkat n negatif, sedangkan bilangan negatif tidak memiliki akar pangkat n real. Untuk nilai ganjil n, setiap bilangan negatif x memiliki akar pangkat n negatif real. Misalnya, 2 memiliki akar ke-5 real, ${\sqrt[{5}]{-2}}=-1.148698354\ldots$ tetapi -2 tidak memiliki akar ke-6 real.

Setiap bilangan bukan nol x, real atau kompleks, memiliki n akar pangkat n bilangan kompleks yang berbeda. Dalam kasus x real, hitungan ini mencakup akar pangkat n real. Satu-satunya akar kompleks dari 0 adalah 0.

Akar ke-n dari hampir semua bilangan (semua bilangan bulat kecuali pangkat ke-n, dan semua rasional kecuali hasil bagi dua pangkat ke-n) adalah irasional. Misalnya,

${\sqrt {2}}=1.414213562\ldots$

Semua akar bilangan bulat ke-n adalah bilangan aljabar.

Istilah surd ditelusuri kembali ke al-Khwārizmī (c. 825), yang menyebut bilangan rasional dan irasional sebagai terdengar dan tidak terdengar, masing-masing. Hal ini kemudian menyebabkan kata Arab "أصم" (asamm, yang berarti "tuli" atau "bisu") untuk bilangan irasional diterjemahkan ke dalam bahasa Latin sebagai "surdus" (artinya "tuli" atau "bisu"). Gerard dari Cremona (c. 1150), Fibonacci (1202), dan kemudian Robert Recorde (1551) semuanya menggunakan istilah tersebut untuk merujuk pada akar irasional tak-terselesaikan, yaitu, ekspresi bentuk ${\sqrt[{n}]{i}},$ dimana $n$ dan $i$ adalah bilangan bulat dan seluruh ekspresi menunjukkan bilangan irasional. Bilangan irasional kuadrat yaitu bilangan irasional dalam bentuk ${\sqrt {i}},$ juga dikenal sebagai "surd kuadrat".

Pengertian dan perlambangan

Setiap bilangan real positif memiliki dua akar kuadrat, satu positif dan satu negatif. Misalnya, dua akar kuadrat dari 25 adalah 5 dan -5. Akar kuadrat positif juga dikenal sebagai akar kuadrat utama, dan dilambangkan dengan tanda radikal:

${\sqrt {25}}=5.$

Karena kuadrat dari setiap bilangan real adalah nonnegatif, bilangan negatif tidak memiliki akar kuadrat real. Namun, untuk setiap bilangan real negatif terdapat dua akar kuadrat imajiner. Misalnya, akar kuadrat dari −25 adalah 5i dan 5i, dimana i menyatakan bilangan yang kuadratnya −1.

Akar pangkat tiga

Grafik $y={\sqrt[{3}]{x}}$.

Artikel utama: Akar pangkat tiga

Sebuah akar pangkat tiga dari bilangan x adalah bilangan r yang kubusnya adalah x:

$r^{3}=x.$

Setiap bilangan real x memiliki tepat satu akar pangkat tiga, ditulis ${\sqrt[{3}]{x}}$. Misalnya,

${\sqrt[{3}]{8}}=2$ dan ${\sqrt[{3}]{-8}}=-2.$

Setiap bilangan real memiliki dua akar pangkat tiga kompleks tambahan.

Lihat pula

• Algoritma akar pangkat n
• Geseran algoritma akar pangkat n
• Simbol radikal
• Bilangan aljabar
• Radikal tersarang
• Akar kedua belas dari dua
• Superakar