根据你的图回答一下吧。
正常算根号都是针对非负实数的,而且算术平方根都规定是非负的,这个时候各种指数运算规则都适用(因为根号实际上就是1/2次方的运算),“换序”是肯定没问题的。
如果想给一个负数(比如-1)开根号,我想告诉你这可以是一个多值函数(一个负数的根号,其实可以有两个值),想确定它的值,就需要事先划分单值分支。这个结论远在中学的考纲之外,我可以简单和你介绍一下。
如果问什么数的平方等于某个已知数x,这个问题就是在求平方根。比如x=4,它的平方根就是±2,然后我们会规定非负值2是4的算数平方根,这个时候我们区分两个平方根的方式,是与0进行比较。如果x=-1,那么“平方根”就是±i,它们分居复平面的实轴两侧,辐角相差180°,我们区分两个平方根的方式,就是根据辐角的取值范围(每一个辐角的范围,都是所谓“单值分支”)。
之所以用辐角,是为了方便,因为复数运算里有一个欧拉公式:e^z=e^(a+b*i)=(e^a)*(cos b +i*sin b),然后对于复数z=a+b*i,可以定义e^z的逆运算ln z=ln|z|+i*Arg(z),这里的Arg(z)就是辐角,有无穷多种取值(取值的周期是2π,因为绕原点一圈、位置不变,而辐角增加一次2π),如果定义辐角主值arg(z)在0到2π之间,就有Arg(z)=arg(z)+2kπ,k是任意整数。从而,z的平方根就是z的1/2次方,即e^ln z的1/2次方,即√z = e^[(ln z)/2] = e^{(ln|z|)/2 + i*arg(z)/2 + i*kπ},这里k取0,1(取其他值时,√z的结果会重复,因为e^(i*2π)=1),然后我们仍然规定指数运算的规则仍然成立。这里的k就起着划分单值分支的作用,我们将根号运算定义为了指数运算和对数运算的复合。
如果我们规定k取0,那么:
1)对于z取正数x,arg(x)=0,√x仍然是算数平方根(如果k=1,结果就是-√x了)
2)对于z取负数-x,arg(-x)=π,√(-x)=i*√x
这时再回过来看你说的问题,√(-1)*√(-1)=i*i=-1,这是没问题的。而:
√(-1)*√(-1)=e^{(ln|-1|)/2 + i*arg(-1)/2 } * e^{(ln|-1|)/2 + i*arg(-1)/2 }
=e^{0 +2* i*π/2 }=e^iπ=-1
这个结果恰好是k=1时的√1。