数学において、虚数単位 の 乗( の じょう)すなわち とは、ある可算無限個の正の実数である。ネイピア数 と円周率 を用いて、

と書ける( は任意の整数)。 としたとき、 は主値

を取る()。

計算の方法 まず の偏角は(ラジアンで) ( は任意の整数)であることに注意する。

ただし は複素対数函数(多価関数)であり、 は

そして指数関数 は、冪級数

等により定義され、虚数乗も計算できる。

ここで は実数値関数の自然対数であり

と計算される。 とおくと

となる。主値は冒頭の通り のときの である。

数学的性質 の取る値はどれも正の実数であるが、 の整数 を適当に小さくとれば、どんな実数よりも大きな数になり、逆に を大きくとれば、どんな正の実数よりも小さな数になる。したがって には最大値も最小値も存在しない。

の主値 は

であるから、ゲルフォント=シュナイダーの定理より、超越数であるため、無理数である。同様に他の の値も超越数である。

なお も

なので、 である。

テトレーション の極限は実数ではない複素数に収束する (Macintyre 1966)。

ただし、 はランベルトのW関数である。

関連項目 虚数単位 指数関数 0の0乗

外部リンク

en:Imaginary unit#i raised to the power of i