單位根

單位根

單位根(unit root)設n 是正整數,當一個數的n 次乘方等於1 時,稱此數為n 次“單位根”。在複數範圍內,n 次單位根有n 個。例如,1、-1、i、-i 都是4次單位根。確切的說,單位根指模為1的根,一般的x^n=1的n個根可以表示為: x=cos(2kπ/n)+sin(2kπ/n)i ,其中:k=0,1,2,..,n-1 ,i是虛數的單位。

基本內容


單位根單位根(unit root)設n 是正整數,當一個數的n 次乘方等於1 時,稱此數為n 次“單位根”。在複數範圍內,n 次單位根有n 個。例如,1、-1、i、-i 都是4次單位根。確切的說,單位根指模為1的根,一般的的n個根可以表示為:,其中: ,i是虛數的單位。它的生成元是單位的n次本源根。單位的n次本源根是,其中k和n互質。單位的n次本源根數目為歐拉函數
本原根
單位的n次根以乘法構成n階循環群。它的生成元是單位的n次本原根。單位的n次本原根是,其中k和n互質。單位的n次本原根數目為歐拉函數
單位的一次根有一個:1。
單位的二次根有兩個:+1和-1,只有-1是本原根。
單位的三次根是
其中i複數單位;除1外都是本原根。
單位的四次根是
其中 + i和 - i是本原根。
這方程的複數根 z為n次單位根。

一些性質


性質一

n次單位根的模為1,即

性質二

兩個n次單位根εj與εk 的乘積還是一個n次單位根,且推論
推論2:
推論3:
若k除以n的餘數為r,則
註:它說明εk等價於r=0
推論4:
任何一個單位根都可以寫成的冪,即
說明:除了,還有沒有另一個單位根使任何一個單位根都是εk的冪,回答是肯定的,並稱這樣的根為n次本原根,n次原根。從而所有n次單位根還可以寫作
推論5:
一個n次單位根的共軛也是一個n次單位根,即(‘表示共軛)
因為,(由推論3)
註:由上證明看到,說明所有虛的n次單位根都成對共軛
推論6:
對任意整數k,h,有

性質三

當時,,否則
證明:由性質二推論4有
推論1:(i從0到n-1)
推論2:設,則(i從0到n-1)
證明:由,故n不整除k,由性質二推論4和性質三,
(i從0到n-1) (i從0到n-1)

性質四

全部單位根將複平面上單位圓n等分

性質的應用


見圖冊(黑圖)
單位根性質
單位根性質
其中用到了一個關於n次單位根的性質(白圖性質3)