Властивості незвідних многочленів

Властивості подільності многочленів

Властивості незвідних многочленів - student2.ru

Властивості незвідних многочленів - student2.ru

Властивості незвідних многочленів - student2.ru

Властивості незвідних многочленів - student2.ru

Означення 4. Многочлен Властивості незвідних многочленів - student2.ru називається незвідним у полі Властивості незвідних многочленів - student2.ru , якщо Властивості незвідних многочленів - student2.ru

Многочлен Властивості незвідних многочленів - student2.ru називається звідним у полі Властивості незвідних многочленів - student2.ru , якщо

Властивості незвідних многочленів - student2.ru

Властивості незвідних многочленів

1. Якщо Властивості незвідних многочленів - student2.ru незвідний у Властивості незвідних многочленів - student2.ru , то і будь-який асоційований з ним многочлен Властивості незвідних многочленів - student2.ru незвідний у Властивості незвідних многочленів - student2.ru .

2. Якщо Властивості незвідних многочленів - student2.ru незвідні у Властивості незвідних многочленів - student2.ru многочлени і Властивості незвідних многочленів - student2.ru то Властивості незвідних многочленів - student2.ru - асоційовані.

3. Будь-який многочлен Властивості незвідних многочленів - student2.ru першого степеня незвідний у Властивості незвідних многочленів - student2.ru .

Можливість і єдиність розкладу многочлена у добуток незвідних множників - залишається в силі і в кільці Властивості незвідних многочленів - student2.ru при Властивості незвідних многочленів - student2.ru

Теорема 13. Будь-який многочлен Властивості незвідних многочленів - student2.ru над полем Властивості незвідних многочленів - student2.ru не нульового степеня можна подати як добуток многочленів, незвідних у полі Властивості незвідних многочленів - student2.ru .

Раціональні дроби від кількох змінних

Кільце Властивості незвідних многочленів - student2.ru многочленів від Властивості незвідних многочленів - student2.ru змінних, так само як і кільце Властивості незвідних многочленів - student2.ru многочленів від однієї змінної, можна «вкласти» у поле відношень Властивості незвідних многочленів - student2.ru Точніше, можна побудувати таке поле Властивості незвідних многочленів - student2.ru яке містить Властивості незвідних многочленів - student2.ru як підкільце і кожний елемент якого можна подати як частку Властивості незвідних многочленів - student2.ru двох многочленів

Властивості незвідних многочленів - student2.ru

Таке поле єдине з точністю до ізоморфізму.

Елементи теорії виключення. Результант двох многочленів

Многочлен Властивості незвідних многочленів - student2.ru від кількох змінних можна також розглядати як алгебраїчне рівняння Властивості незвідних многочленів - student2.ru ( Властивості незвідних многочленів - student2.ru ).

Властивості незвідних многочленів - student2.ru ( Властивості незвідних многочленів - student2.ru )

вибрати в Властивості незвідних многочленів - student2.ru довільні значення Властивості незвідних многочленів - student2.ru при яких Властивості незвідних многочленів - student2.ru такі значення обов’язково знайдуться, бо Властивості незвідних многочленів - student2.ru підставити їх у коефіцієнти многочлена ( Властивості незвідних многочленів - student2.ru ) і дістати многочлен

Властивості незвідних многочленів - student2.ru

від однієї змінної степеня Властивості незвідних многочленів - student2.ru над полем Властивості незвідних многочленів - student2.ru . За теоремою Кронекера, цей многочлен має корінь Властивості незвідних многочленів - student2.ru у полі Властивості незвідних многочленів - student2.ru , або у деякому його розширенні. Але тоді Властивості незвідних многочленів - student2.ru - розв’язок рівняння ( Властивості незвідних многочленів - student2.ru ).

Більш поширеною і практично застосовною є задача розв’язування систем алгебраїчних рівнянь виду

Властивості незвідних многочленів - student2.ru ( Властивості незвідних многочленів - student2.ru )

тобто знаходження спільних розв’язків усіх многочленів

Властивості незвідних многочленів - student2.ru

Нехай задано систему двох алгебраїчних рівнянь з двома невідомими. Розмістимо члени цих рівнянь за степенями одного з невідомих (їх ліві частини розглядаються над полем Властивості незвідних многочленів - student2.ru ):

Властивості незвідних многочленів - student2.ru ( Властивості незвідних многочленів - student2.ru )

і припустимо, що пара елементів Властивості незвідних многочленів - student2.ru є розв’язком системи (30), тобто Властивості незвідних многочленів - student2.ru

Зрозуміло, що з системи (30) можна утворити цілий ряд вивідних рівнянь, для яких Властивості незвідних многочленів - student2.ru також буде розв’язком.

Підставимо в рівняння системи ( Властивості незвідних многочленів - student2.ru ), що має розв’язок Властивості незвідних многочленів - student2.ru , значення Властивості незвідних многочленів - student2.ru дістанемо два рівняння з одним невідомим:

Властивості незвідних многочленів - student2.ru ( Властивості незвідних многочленів - student2.ru )

причому Властивості незвідних многочленів - student2.ru є спільним коренем обох цих рівнянь. Оскільки два довільно взяті рівняння з одним невідомим, взагалі кажучи, спільних коренів не мають, то рівняння системи ( Властивості незвідних многочленів - student2.ru ), які мають спільний корінь, не можуть бути незалежними. Між їх коефіцієнтами повинен бути деякий зв’язок. Якщо ми знайдемо цей зв’язок між коефіцієнтами Властивості незвідних многочленів - student2.ru , тобто співвідношення

Властивості незвідних многочленів - student2.ru то тим самим дістанемо деяке рівняння

Властивості незвідних многочленів - student2.ru

яке повинно задовольнятись при Властивості незвідних многочленів - student2.ru щоб Властивості незвідних многочленів - student2.ru могло бути розв’язком системи.

Отже, треба розв’язати таку задачу. Нехай дано систему двох рівнянь з одним невідомим:

Властивості незвідних многочленів - student2.ru ( Властивості незвідних многочленів - student2.ru )

Знайти, при яких умовах ці рівняння можуть мати спільний корінь.

Зауважимо, що між системами ( Властивості незвідних многочленів - student2.ru ) і ( Властивості незвідних многочленів - student2.ru ) є певна відмінність. При розгляді системи ( Властивості незвідних многочленів - student2.ru ) природно вважати, що Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru , тоді як у системі ( Властивості незвідних многочленів - student2.ru ), утвореній з ( Властивості незвідних многочленів - student2.ru ) при Властивості незвідних многочленів - student2.ru деякі з коефіцієнтів і, зокрема старші коефіцієнти Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru , можуть дорівнювати нулю, хоч відповідні многочлени Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru не були нулями.

Очевидно, що спільні корені рівнянь системи треба шукати лише серед коренів многочлена Властивості незвідних многочленів - student2.ru . Позначимо ці корені через Властивості незвідних многочленів - student2.ru . З другого боку, Властивості незвідних многочленів - student2.ru лише тоді буде спільним коренем, якщо Властивості незвідних многочленів - student2.ru

Означення 5. Результантом многочленів

Властивості незвідних многочленів - student2.ru ( Властивості незвідних многочленів - student2.ru )

називається вираз

Властивості незвідних многочленів - student2.ru , (*)

де Властивості незвідних многочленів - student2.ru - корені многочлена Властивості незвідних многочленів - student2.ru .

Зауваження. 1. У цьому означенні многочлени Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru нерівноправні; для Властивості незвідних многочленів - student2.ru дістаємо:

Властивості незвідних многочленів - student2.ru , (**)

де (**) Властивості незвідних многочленів - student2.ru - корені многочлена Властивості незвідних многочленів - student2.ru .

На перший погляд здається, що це є недоліком введеного означення (бо в поставленій задачі Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru рівноправні), проте можна показати, що Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru можуть відрізнятися лише знаком.

2. Щоб означити для двох многочленів один з результантів Властивості незвідних многочленів - student2.ru або Властивості незвідних многочленів - student2.ru , потрібно, щоб хоч один з старших членів цих многочленів був відмінний від нуля.

Властивості незвідних многочленів - student2.ru є симетричним многочленом від Властивості незвідних многочленів - student2.ru , коефіцієнти якого раціонально виражаються через Властивості незвідних многочленів - student2.ru Із основної теореми теорії симетричних многочленів випливає, що Властивості незвідних многочленів - student2.ru можна подати як многочлен від основних симетричних функцій

Властивості незвідних многочленів - student2.ru

Оскільки Властивості незвідних многочленів - student2.ru - корені многочлена Властивості незвідних многочленів - student2.ru , то Властивості незвідних многочленів - student2.ru , за формулами Вієта, раціонально виражаються через його коефіцієнти Властивості незвідних многочленів - student2.ru Отже, остаточно Властивості незвідних многочленів - student2.ru можна раціонально виразити через коефіцієнти Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru обох заданих многочленів. Звідси випливає, що результант довільних двох многочленів над полем Властивості незвідних многочленів - student2.ru є елементи цього самого поля.

Властивості результанта

Властивості незвідних многочленів - student2.ru

Теорема 14. Для того, щоб многочлени Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru мали спільний корінь, необхідно і достатньо, щоб їх результант дорівнював нулю.

Означення 6.Дискримінантом Властивості незвідних многочленів - student2.ru многочлена Властивості незвідних многочленів - student2.ru називається вираз

Властивості незвідних многочленів - student2.ru , (***)

де Властивості незвідних многочленів - student2.ru - результант многочлена Властивості незвідних многочленів - student2.ru і його похідної Властивості незвідних многочленів - student2.ru .

Теорема 15. Многочлен Властивості незвідних многочленів - student2.ru має кратний корінь тоді і тільки тоді, коли його дискримінант дорівнює нулю.

Результант у формі Сільвестра

Нехай дано два многочлена

Властивості незвідних многочленів - student2.ru

Побудуємо детермінант із Властивості незвідних многочленів - student2.ru рядків із коефіцієнтів Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru .

Властивості незвідних многочленів - student2.ru ( Властивості незвідних многочленів - student2.ru ) Властивості незвідних многочленів - student2.ru

Форма Сільвестра важлива тим, що вона дає можливість узагальнити поняття результанта, введене в означенні 5. Ми бачили, що при Властивості незвідних многочленів - student2.ru детермінант Сільвестра збігається з Властивості незвідних многочленів - student2.ru , означеним формулою (*). Аналогічно при Властивості незвідних многочленів - student2.ru Властивості незвідних многочленів - student2.ru дорівнює відповідному детермінанту Сільвестра. Але якщо Властивості незвідних многочленів - student2.ru то формули (*) – (**) результанта Властивості незвідних многочленів - student2.ru або Властивості незвідних многочленів - student2.ru втрачає смисл, тоді як детермінант Сільвестра зберігає смисл, хоч і набуває значення нуль.

У зв’язку з цим надалі під результантом Властивості незвідних многочленів - student2.ru двох многочленів ми розумітимемо детермінант Сільвестра для цих многочленів.

При новому означенні результанта властивість 1 втрачає смисл (при Властивості незвідних многочленів - student2.ru ), але залишається в силі властивість 2

Властивості незвідних многочленів - student2.ru ,

що можна перевірити, переставляючи рядки детермінанта ( Властивості незвідних многочленів - student2.ru ).

Теорема 14. Якщо результант Властивості незвідних многочленів - student2.ru дорівнює нулю, то або а) многочлени Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru мають спільний корінь, або б) обидва їх старші коефіцієнти дорівнюють нулю.

Теорема 15. Якщо многочлени Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru мають спільний корінь, то Властивості незвідних многочленів - student2.ru дорівнює нулю.

Розв’язання системи алгебраїчних рівнянь

Нехай дано систему двох алгебраїчних рівнянь з двома невідомими з коефіцієнтами із Властивості незвідних многочленів - student2.ru . Розмістивши члени цих рівнянь за степенями одного невідомого, матимемо

Властивості незвідних многочленів - student2.ru ( Властивості незвідних многочленів - student2.ru )

Властивості незвідних многочленів - student2.ru Розглядаючи Властивості незвідних многочленів - student2.ru як параметр, побудуємо для многочленів Властивості незвідних многочленів - student2.ru результант Властивості незвідних многочленів - student2.ru :

Властивості незвідних многочленів - student2.ru Властивості незвідних многочленів - student2.ru Властивості незвідних многочленів - student2.ru Властивості незвідних многочленів - student2.ru Позначимо цей результант через Властивості незвідних многочленів - student2.ru

Властивості незвідних многочленів - student2.ru

Як видно з Властивості незвідних многочленів - student2.ru , Властивості незвідних многочленів - student2.ru дістаємо з коефіцієнтів Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru за допомогою дій додавання і множення. Тому, результант многочленів Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru є многочленом від Властивості незвідних многочленів - student2.ru над тим самим полем Властивості незвідних многочленів - student2.ru . Позначимо степінь многочленна Властивості незвідних многочленів - student2.ru через Властивості незвідних многочленів - student2.ru . Тоді, результант многочленів Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru є многочленом від Властивості незвідних многочленів - student2.ru над тим самим полем Властивості незвідних многочленів - student2.ru . Позначимо степінь многочлена Властивості незвідних многочленів - student2.ru через Властивості незвідних многочленів - student2.ru . Тоді, степінь Властивості незвідних многочленів - student2.ru не перевищує добутку степенів многочленів Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru (відносно обох змінних). Многочлен Властивості незвідних многочленів - student2.ru має в полі розкладу Властивості незвідних многочленів - student2.ru коренів Властивості незвідних многочленів - student2.ru тобто Властивості незвідних многочленів - student2.ru Але те, що результант дорівнює нулю, на основі теореми 14 означає, що многочлени

Властивості незвідних многочленів - student2.ru

або мають спільний корінь, або їх старші коефіцієнти Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru дорівнюють нулю.

Розглянемо обидва випадки.

а) Хоча б один з коефіцієнтів Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru не дорівнює нулю.

Властивості незвідних многочленів - student2.ru У цьому випадку многочлени Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru мають спільний корінь. Позначимо його через Властивості незвідних многочленів - student2.ru . Пара Властивості незвідних многочленів - student2.ru очевидно, є одним з розв’язків системи (38), або Властивості незвідних многочленів - student2.ru Зауважимо, що для даного значення Властивості незвідних многочленів - student2.ru ми можемо мати не один, а кілька спільних коренів многочленів Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru , наприклад Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru . Тоді, очевидно, обидві пари Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru є розв’язками системи (38).

б) Обидва коефіцієнти Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru дорівнюють нулю.

У цьому випадку, незважаючи на те, що результант дорівнює нулю, Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru можуть не мати спільного кореня. Якщо це так, то корінь результанта Властивості незвідних многочленів - student2.ru слід відкинути. Проте може статися, що й у цьому випадку многочлени Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru мають спільний корінь Властивості незвідних многочленів - student2.ru . Тоді знову Властивості незвідних многочленів - student2.ru є розв’язком системи (38).

Щоб знайти всі розв’язки системи (38), треба аналогічно розглянути всі корені результанта Властивості незвідних многочленів - student2.ru .

Зауважимо, що крім знайдених таким способом розв’язків ніяких інших розв’язків система мати не може.

Як висновок всього сказаного можна запропонувати таку схему дій при розв’язуванні системи рівнянь з двома невідомими.

1. Побудувати результант ( Властивості незвідних многочленів - student2.ru ) і знайти всі його корені.

2. Знайдений корінь Властивості незвідних многочленів - student2.ru підставити в многочлени системи ( Властивості незвідних многочленів - student2.ru ). Дістанемо многочлени Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru .

3. Знайти спільний найбільший дільник Властивості незвідних многочленів - student2.ru многочленів Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru .

4. Розв’язати рівняння Властивості незвідних многочленів - student2.ru Корені цього рівняння Властивості незвідних многочленів - student2.ru є, очевидно, спільними коренями многочленів Властивості незвідних многочленів - student2.ru і Властивості незвідних многочленів - student2.ru .

5. Скласти систему пар Властивості незвідних многочленів - student2.ru Ці пари є розв’язками системи ( Властивості незвідних многочленів - student2.ru ), які відповідають кореню Властивості незвідних многочленів - student2.ru .

Дії 2 – 5 слід виконати окремо для кожного з коренів Властивості незвідних многочленів - student2.ru . При цьому слід мати на увазі, що для деяких коренів результанта може не існувати спільних коренів многочленів Властивості незвідних многочленів - student2.ru Це може бути тоді, коли Властивості незвідних многочленів - student2.ru Ознакою відсутності спільних коренів, очевидно, є те, що многочлени Властивості незвідних многочленів - student2.ru , Властивості незвідних многочленів - student2.ru взаємно прості, тобто Властивості незвідних многочленів - student2.ru

У тих випадках, коли корені Властивості незвідних многочленів - student2.ru одного з многочленів Властивості незвідних многочленів - student2.ru , Властивості незвідних многочленів - student2.ru легко знайти, шукати найбільший спільний дільник Властивості незвідних многочленів - student2.ru недоцільно: досить перевірити, які з коренів Властивості незвідних многочленів - student2.ru є коренями і другого многочлена.

Ми розглянули як розв’язується система двох алгебраїчних рівнянь з двома невідомими. Цю теорію можна застосувати і до розв’язування системи Властивості незвідних многочленів - student2.ru алгебраїчних рівнянь з Властивості незвідних многочленів - student2.ru невідомими.

Зауважимо, що взагалі виключення невідомих методами елементарної алгебри в більшості випадків і є знаходженням результанта. Потім за коренем Властивості незвідних многочленів - student2.ru результанта знаходять спільний корінь многочленів Властивості незвідних многочленів - student2.ru , Властивості незвідних многочленів - student2.ru . Спільність кореня перевіряють підстановкою, що обов’язково слід робити при розв’язуванні таких систем у школі.

Симетричні многочлени

Означення.Многочлен Властивості незвідних многочленів - student2.ru називається симетричним відносно змінних Властивості незвідних многочленів - student2.ru , якщо внаслідок довільної перестановки змінних Властивості незвідних многочленів - student2.ru утворюється многочлен, який дорівнює даному.

Наши рекомендации