Welche Zahlenmenge für „ ³√(-8)“?

3 Antworten

Von Experte Jangler13 bestätigt

Du hast es richtig erkannt: Die Potenzgesetze gelten nur für positive Basen. Man kann also ³√−8 := −2 definieren, muss dann aber aufpassen, dass man nicht aus Versehen die negative Zahl quadriert und dann wieder die Wurzel zieht (in Deiner Rechnung ist das der Schritt von 1/3 nach 2/6).

Den Grund dafür erkennt man erst, wenn man mit komplexen Zahlen arbeitet: hier hat die Gleichung xⁿ=a immer genau n Lösungen, die auf einem Kreis um den Ursprung liegen.

  • Bei geradem n und reellem a sind zwei Lösungen („Wurzeln“) reell (eine positiv, die andere negativ). Mit der Definition ⁿ√a := „die (einzige) positive Wurzel“ kommt man im Reellen ganz gut zurecht. Der Winkel einer positiven Zahl in der komplexen Ebene ist 0⁰, und die bekannten Potenzgesetze ändern daran nichts.
  • Bei ungeradem n und reellem a gibt es nur eine reelle Wurzel, und die ist negativ, hat also in der komplexen Ebene den Winkel 180⁰. Es macht bei negativen Zahlen aber einen Unterschied, ob Du erst quadrierst (⇒ 180⁰·2=360⁰=0⁰) und dann die Wurzel ziehst (0⁰/2=0⁰) oder umgekehrt (180⁰/2=90⁰, 90⁰·2=180⁰).

Bei negativen Zahlen passt die (willkürliche) Definition von geraden Wurzeln eben nicht mehr. Das siehst Du schon bei −2=(√(−2))²≠√((−2)²)=+2.

Trotzdem ist die Definition von ungeraden Wurzeln als negative Zahl im Reellen oft nützlich. Man muss halt etwas aufpassen (wie üblich beim Potenzieren von negativen Zahlen).

Der beste Grund gegen diese Definition liegt wieder im Komplexen: Hier würde man nämlich ³√−8 := 1+i√3 wählen, weil das intuitiver und praktischer ist. Die beiden anderen Lösungen −2 und 1−i√3 sind eher uninteressant. Und niemand will zwei verschiedene Definitionen gleichzeitig haben.

martyxfly 
Fragesteller
 16.05.2022, 17:53

Perfekt danke für deine ausführliche Antwort, die komplexen Zahlen sind halt echt ein wirklich faszinierendes Kapitel der Mathematik.

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Von Experte Willy1729 bestätigt

Das ist ein schwieriger Fall. Theoretisch
sind die dritten Wurzeln aus negativen Zahlen
tatsächlich nicht definiert, obwohl man mit

³√(-8) = -2

normalerweise "hinkommt".

Willy1729  16.05.2022, 13:11

Das Problem dabei: 1/3=2/6, aber (-8)^(1/3)=-2, während (-8)^(2/6)=2.

Wegen solcher Widersprüche wird meist entschieden, daß Wurzeln egal welchen Grades aus negativen Zahlen nicht definiert sind.

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(-2)³ = -8, also ist die dritte Wurzel aus -8 gleich -2, und damit gibt es eine Lösung sogar im Bereich der natürlichen Zahlen.

Jangler13  16.05.2022, 15:12

Jedoch ist die n. Wurzel einer Zahl x definiert als die Positive Lösung y von der Gleichung y^n = x

-8 ist aber negativ.

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tomaushamburg  16.05.2022, 15:29
@Jangler13

Das gilt nur für gerade Wurzelexponenten, denn da gibt es immer zwei Lösungen (jedenfalls, solange wir über reelle Zahlen reden). Wurzeln mit ungeraden Exponenten haben nur eine Lösung.

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