对于实数系,1的任意次方的根都为1或,但是,在复数系下,1的n次方根则有必有n个不同根,即我们把这称为n次单位根,以来指代第一个n次单位根,那么很显然,就是第k个n次单位根。
如果我们把复平面画出来,那就可以很直观地明白:1的n次方根其实就是将单位圆n等分,且相邻两点角度相差。
从n次单位根的公式可以得知,当n为偶数时,单位根有1和-1两个纯实数根;当n为奇数时,除了1,其余n-1个根均为复数根,尤其是n素数时,这n-1个根都不是次数比n低的单位根,我们称之为本原单位根。本原单位根在分圆域的研究中是很重要的。有了n次单位根的公式,可以方便地求解任意复数的n次根:假设已知是某复数的一个n次根,则即为的n个根。
我们知道,所求的解即是n次单位根,那么根据这个方程,可以得到:或者,我们把后者称之为分圆方程。高斯在分圆方程的研究取得重要成果,证明了当n为素数时,分圆方程总能归结为解一串较低次的方程,并且找到了能用二次根式解出的充要条件。举例如下,当n=5时,分圆如下:
,由于x=0不是方程的解,因此方程两边同除以,
得:,
令,则,那么上式可以转化成:
根据二次方程求根公式,得
再利用二次方程求根公式,将中的x值求解出来。当然,其实这四个根用n次单位根的公式立即就可以求解出来,只是利用n次单位根的公式得到的结果是用三角函数表示的,没那么直观而已。由于这四个根是可以用直尺圆规构造出来,所以正五边形是可以用直尺圆规画出来的。高斯用了一个晚上证明了千年难题,即哪些正边形可以用直尺和圆规作图而得。