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发表于 2014-6-21 17:46:44
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本帖最后由 葡萄糖 于 2014-6-21 18:49 编辑
§3 结式
12.3.1 两个一元多项式的结式的定义
考虑域 上的多项式
\[\begin{gathered}
f(x) = {a_0}{x^n} + {a_1}{x^{n - 1}} + \cdots + {a_n} \\
g(x) = {b_0}{x^m} + {b_1}{x^{m - 1}} + \cdots + {b_m} \\
\end{gathered} \]
由给定 上多项式
\[\begin{gathered}
{q_1}(x) = {y_1}{x^{n - 1}} + {y_2}{x^{n - 2}} + \cdots + {y_n} \\
{q_2}(x) = {x_1}{x^{m - 1}} + {x_2}{x^{m - 2}} + \cdots + {x_m} \\
\end{gathered} \]
这里系数 是待定的。那么, 的充分必要条件是下面等式成立:
\[\left\{ \begin{gathered}
{a_0}{x_1}{\text{ = }}{b_0}{y_1}, \\
{a_1}{x_1} + {a_0}{x_2}{\text{ = }}{b_1}{y_1} + {b_0}{y_2}, \\
{a_2}{x_1} + {a_1}{x_2} + {a_0}{x_3}{\text{ = }}{b_2}{y_1} + {b_1}{y_2} + {b_0}{y_3}, \\
\cdots \cdots \cdots \cdots \cdots \cdots \cdots \cdots \cdots \cdots \cdots \cdots \cdots \cdots \cdots \cdots \cdots \cdots \\
{\text{ }}{a_n}{x_{m - 1}} + {a_{n - 1}}{x_m} = {\text{ }}{b_m}{y_{n - 1}} + {b_{m - 1}}{y_n}, \\
{\text{ }}{a_n}{x_m} = {\text{ }}{b_m}{y_n}. \\
\end{gathered} \right.\left( 1 \right)\]
令
\[R(f,g) = \left| {\begin{array}{*{20}{r}}
{{a_0}}&{{a_1}}&{{a_2}}& \cdots &{{a_n}}&0& \cdots &0 \\
0&{a{}_0}&{{a_1}}&{{a_2}}& \cdots &{{a_n}}& \cdots &0 \\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots & \cdots & \cdots & \cdots & \cdots \\
0&0& \cdots &{{a_0}}&{{a_1}}&{{a_2}}& \cdots &{{a_n}} \\
{{b_0}}&{{b_1}}&{{b_2}}& \cdots &{{b_m}}&0& \cdots &0 \\
0&{{b_0}}&{{b_1}}&{{b_2}}& \cdots &{{b_m}}& \cdots &0 \\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots & \cdots & \cdots & \cdots & \cdots \\
0&0& \cdots &{{b_0}}&{{b_1}}&{{b_2}}& \cdots &{{b_m}}
\end{array}} \right|\]
其中${a_i}$有$m$行,其中${b_i}$有$n$行,称$R(f,g)$为多项式$f,g$的结式。
命题 两个一元多项式的结式等于0当且仅当此二多项式不互素或首相系数都为零。
证明 设两个一元多项式为
\[\begin{gathered}
f(x) = {a_0}{x^n} + {a_1}{x^{n - 1}} + \cdots + {a_n},{\text{ (}}n \geqslant 1) \\
g(x) = {b_0}{x^m} + {b_1}{x^{m - 1}} + \cdots + {b_m}{\text{ (}}m \geqslant 1) \\
\end{gathered} \]
充分性 若${a_0} = {b_0} = 0$,则显见有$R(f,g) = 0$。今设${a_0},{b_0}$不全为零,不妨设${a_0} \ne 0$,且$f$与$g$不互素,即有公因式$d(x)$,$\deg d(x) \geq 1$。于是
$f = d{q_1},g = d{q_2}$。因$f \ne 0$,故${q_1} \ne 0$,且$\deg {q_1} < n$。若$g \ne 0$,则$\deg {q_2} < m$;若$g = 0$,则令${q_2} = 0{x^{m - 1}} + 0{x^{m - 2}} + \cdots + 0$。易知此时$f{q_2} = g{q_1}$,且${q_1} \ne 0$,故齐次线性方程组(1)有非零解,于是
$R(f,g) = 0$
必要性 若$R(f,g) = 0$,而${a_0},{b_0}$不全为零,我们来证明$f$与$g$不互素。因为此时齐次线性方程组(1)有非零解。故存在不全为零的${q_1}(x),{q_2}(x) \in K[x]$,使$f{q_2} = g{q_1}$,而且当${q_1}$(或${q_2}$)不为零时,其次数小于$n$(小于$m$)。不妨设${a_0} \ne 0$,即$f \ne 0$。若$g = 0$,则$f,g$显见不互素。今设$g \ne 0$。因$f|g{q_1}$,若$(f,g) = 1$,则有$f|{q_1}$,与$\deg {q_1} < n$矛盾。证毕。
12.3.3 用一个多项式与它的微商的\(\color{red}{结式}\)表达该多项式的\(\color{red}{判别式}\)
现在设
\[f(x) = {a_0}{x^n} + {a_1}{x^{n - 1}} + \cdots + {a_n}{\text{ }}({a_0} \ne 0)\]
根据前面对其判别式的定义,我们有
\[D(f) = a_0^{2n - 2}\prod\limits_{1 \leqslant i \leqslant j \leqslant n} {{{({\alpha _j} - {\alpha _i})}^2}} \]
因为
\[f(x) = {a_0}\prod\limits_{i = 1}^n {(x - {\alpha _i})} \]
故
\[f'(x) = {a_0}\sum\limits_{i = 1}^n {(x - {\alpha _1}) \cdots (x - {\alpha _{i - 1}})(x - {\alpha _{i + 1}}) \cdots (x - {\alpha _n})} \]
以$x = {\alpha _i}$代入上式,得
\[f'({\alpha _i}) = {a_0}\prod\limits_{\begin{gathered}
j = 1 \\
j \ne i \\
\end{gathered}
}^n {({\alpha _i} - {\alpha _j})} \]
\[\prod\limits_{i = 1}^n {f'({\alpha _i}) = a_0^n\prod\limits_{\begin{gathered}
i,j = 1 \\
i \ne j \\
\end{gathered}
}^n {({\alpha _i} - {\alpha _j}) = {{( - 1)}^{\frac{{n(n - 1)}}{2}}}a_0^n\prod\limits_{1 \leqslant i \leqslant j \leqslant n} {{{({\alpha _j} - {\alpha _i})}^2}} } } \]
从而有
\[\begin{gathered}
R(f,f') = a_0^{n - 1}\prod\limits_{i = 1}^n {f'({\alpha _i})} \\
{\text{ = }}{( - 1)^{\frac{{n(n - 1)}}{2}}}a_0^{2n - 1}\prod\limits_{1 \leqslant i \leqslant j \leqslant n} {{{({\alpha _j} - {\alpha _i})}^2}} \\
{\text{ = }}{( - 1)^{\frac{{n(n - 1)}}{2}}}{a_0}D(f) \\
\end{gathered} \]
\[\begin{gathered}
R(f,f') = {( - 1)^{\frac{{n(n - 1)}}{2}}}{a_0}D(f) \\
\Longrightarrow \color{red}{D(f)={( - 1)^{\frac{{n(n - 1)}}{2}}}{a_0^{-1}}R(f,f')}
\end{gathered} \]
这就是$f$的判别式与$R(f,f')$之间的关系式。
http://zh.wikipedia.org/wiki/判別式 |
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