1의 거듭제곱근(Roots of unity)
zⁿ = 1의 해 n개. 단위원(unit circle) 위에 정n각형으로 놓인다. 두 근을 곱하면 각도가 더해져서, 근의 번호로 보면 n에 닿으면 0으로 돌아가는 시계 덧셈(n을 법으로 하는 덧셈)이 된다.
n제곱해서 1이 되는 복소수(complex number)는 n개입니다. 극형식(polar form)으로 보면 크기는 1이고 각도의 n배가 한 바퀴의 배수여야 하니, 단위원을 n등분한 점들
두 근을 곱하면 각도가 더해지니
한 점에서 출발해
n ≥ 2이면 모든 근을 더한 값은 0입니다. 화살표를 이어 붙이면 제자리로 돌아오는 정다각형이니까요. 식으로는, 합 S에 ω를 곱해도 근들이 한 칸씩 돌 뿐이라
n이 짝수이면 1의 n제곱근을 제곱한 것이 1의 n/2제곱근이라, 크기 n인 변환을 크기 n/2인 변환 둘로 쪼갤 수 있습니다. 이 쪼개기를 되풀이하는 것이 고속 푸리에 변환(FFT)으로, 계산량을
원 위에 n등분한 점을 두고 k번째 점을 2k번째 점과 이으면 심장 모양 곡선인 카디오이드(cardioid)가 떠오릅니다(원 위의 곱셈표(times tables on a circle)). k번째 점이
zⁿ − 1의 영점(zero)이 바로 1의 거듭제곱근입니다. 도메인 컬러링(domain coloring)으로 보면 원 위에 색의 소용돌이가 n개 늘어섭니다.
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- 단위원과 라디안
… 있다는 사실 자체가 cos²θ + sin²θ = 1입니다. (1, 0)에서 시작해 원을 n등분한 점들은1의 거듭제곱근이고, 원점에서 점 (cos θ, sin θ)로 그은 반지름의 기울기는 탄젠트입니다. 이 원을 …
- 뉴턴 방법
… 연분수 근사 중 일부입니다. 같은 반복을 복소평면에서 z^3 = 1 에 돌려 봅시다. 근은 세 개의1의 세제곱근, 곧 z^3 - 1 의 영점입니다. 각 출발점을 결국 도착하는 근의 색으로 칠하면 아래 그림이 …
- 복소수
… 피타고라스 정리로 잽니다. zⁿ = 1의 해 n개는 단위원 위에 정다각형의 꼭짓점으로 놓입니다(1의 거듭제곱근). 0에서 시작해 "z를 z² + c로 바꾸기"를 끝없이 되풀이해도 크기가 한없이 커지지 않는 복소수 …
- 허수 단위 i
… 1, i, −1, −i는 네 번에 한 바퀴를 돕니다. 이 넷은 모두 네제곱하면 1이 되는 수, 다시 말해1의 네제곱근입니다. 예를 들어 (-i)^4 = ((-i)^2)^2 = (-1)^2 = 1 입니다. 그래서 i^k 는 …
- 극형식
… 더하는 연산은 회전 행렬의 곱과 같습니다. 극형식에서 zⁿ = 1을 풀면 크기 1, 각도 2πk/n인1의 거듭제곱근이 바로 나옵니다. 실수부와 허수부가 모두 정수인 복소수 m + ni ( m > n > 0 )를 …
- 오일러 공식
… 도는 빠르기) 그 그림자가 사인파이고, 여러 빠르기로 도는 화살표를 더하면 푸리에 급수가 됩니다.1의 거듭제곱근: θ = 2πk/n(k = 0, 1, …, n − 1)에 놓인 n개의 점은 n제곱하면 1이 되는 …
- 영점과 극
… 실수 함수라도 이 거리는 복소평면에서 잽니다(수렴반경). zⁿ − 1의 영점들은 원 위에 고르게 놓인1의 거듭제곱근입니다. 영점을 찾는 반복법인 뉴턴 방법을 복소평면에서 돌리면 각 영점으로 끌려가는 영역들의 경계가 …
- 푸리에 급수
… 계수를 구할 때 고속 푸리에 변환(FFT)을 씁니다. 그냥 계산하면 곱셈이 약 n^2 번 필요하지만,1의 거듭제곱근의 성질을 이용해 문제를 절반 크기 둘로 쪼개기를 되풀이하면(분할 정복) n\log n 번 정도로 …
- 동치관계와 분할
… 여기서 덧셈과 곱셈을 하는 것이 모듈러 연산입니다. 줄기들이 원을 따라 도는 모습은 원을 n 등분하는1의 거듭제곱근과 같은 그림입니다. 분수도 동치류입니다. 유리수 하나는 " ad = bc 이면 a/b \sim c/d …
- 모듈러 연산
… 정수 전체를 n 개의 무리로 나누는 일이고(동치관계와 분할), 원을 n 등분한 점들은 복소평면의1의 n제곱근과 정확히 같은 모양입니다. 거기서 " a 칸 가고 b 칸 더 가기"는 \omega = e^{2\pi …
- 원 위의 곱셈표
… , 사인과 코사인), m 을 곱하는 것은 각도를 m 배로 늘리는 일입니다. 점들은 복소평면의1의 N제곱근이고, 줄 하나는 z 와 z^m 을 잇는 셈입니다. 이 곡선들은 큰 원의 바깥 둘레를 작은 원이 미끄러지지 …
- 오일러 피 함수와 페르마 소정리
… 단원들은 a, a^2, a^3, \dots 으로 한 줄로 늘어서고, 곱셈은 원을 \varphi(n) 등분한1의 거듭제곱근을 도는 회전과 똑같아집니다( n = 7 에서 a = 3 , n = 11 이나 13에서 a = 2 를 …
- 원시근
… 이고 지수는 \varphi(n) (소수 p 라면 p-1 )에서 0으로 감깁니다. 복소평면에서1의 거듭제곱근을 곱하면 각도가 더해지며 원을 도는데(회전), 1의 \varphi(n) 제곱근들의 곱셈과 정확히 같은 …
- 대수적 수와 초월수
… 못하는 수를 초월수라 합니다. 분수 p/q 는 qx - p = 0 의 근이니 모든 유리수가 대수적이고,1의 거듭제곱근도 z^n - 1 = 0 의 근이라 대수적입니다. 근은 복소수일 수 있으니 복소평면에 그립니다. 대수적 …
- 분할 정복
… \log n 에 해내는 분할 정복입니다. n이 2의 거듭제곱일 때 값을 짝수 번째와 홀수 번째로 나누면,1의 거듭제곱근(거듭제곱하면 1이 되는 복소수)의 대칭 덕분에 반 크기 문제 두 개가 됩니다(a = 2, d = …
- 표본화 정리
… 표본 e^{2\pi i f n/f_s} 는 원 위를 일정한 각도씩 도는 점들이고, f/f_s 가 유리수이면1의 거듭제곱근위를 되풀이해 돕니다. 이상적인 저역 통과 필터의 싱크 모양이 멀리까지 출렁이는 것은, 푸리에 급수를 잘라 …
- 다항식
… 방법은 뉴턴 방법이고, 정수 계수 다항식의 근이 되는 수가 대수적 수입니다. xⁿ − 1의 근은1의 거듭제곱근이고, 두 변수 2차 다항식의 0점은 (두 직선이나 점 하나 같은 퇴화한 경우를 빼면) 원뿔곡선을 …
- 군
… 보존 법칙을 이었습니다. 이어지는 곳. 평면의 회전을 모은 군은 회전 행렬로, 원 위를 도는 군은1의 거듭제곱근과 복소수 곱셈으로 볼 수 있고, 3차원 회전은 사원수의 곱셈으로 다룰 수 있습니다. 'p로 나눈 …
- 정수론
… 수와 초월수⟧가 있습니다. 세는 문제와 만나는 곳이 분할수, 파스칼의 삼각형, 생성함수이고,1의 거듭제곱근은 나머지 계산을 원 위의 회전으로 바꿉니다. 수를 적는 방법은 자리값 기수법에, 자연수에서 실수까지의 …
- 사원수
… 곳. 사원수는 복소수와 허수 단위를 넓힌 것이고, 크기 1인 복소수가 평면의 회전이듯(극형식,1의 거듭제곱근) 크기 1인 사원수는 공간의 회전입니다. 같은 회전을 회전 행렬로 쓰면 회전축은 고유값 1의 …
- 합성곱 신경망
… 각 행이 윗줄을 한 칸씩 돌린 순환 행렬이고(선형변환), 모든 순환 행렬은 같은 고유벡터, 곧1의 거듭제곱근으로 만든 복소 사인파들을 공유합니다. 그래서 그 기저로 대각화하면 합성곱은 진동수마다 수 하나를 …
- 작도 가능한 수
… 아벨의 정리는 제곱근 대신 모든 거듭제곱근을 허용했을 때의 같은 질문입니다. 정17각형의 비밀인1의 거듭제곱근과 원시근은 정수론 쪽에서, 자와 컴퍼스 밖의 도구로 그리스인들이 쓴 원뿔곡선은 기하 쪽에서 …
- 페르마의 마지막 정리
… 3월 라메는 파리 과학 아카데미에서 모든 지수에 대한 증명을 발표했습니다. 그는 x^p + y^p 를1의 거듭제곱근을 써서 일차식들의 곱으로 쪼갰는데, 그 논증은 이렇게 넓힌 수의 세계에서도 소인수분해가 한 …
- 이산 푸리에 변환과 고속 푸리에 변환
… j = 0부터 N − 1까지 더하라는 기호이고, ω는 단위원을 N등분해 시계 방향으로 한 칸 간 점입니다(1의 거듭제곱근, 오일러 공식). X_k 는 한 주기에 k번 도는 파동이 표본에 얼마나 들어 있는지를, 크기와 어긋난 …