1. Polinomfüggvények. Állítás Ha f, g C[x] és b C, akkor ( f + g) (b) = f (b) + g (b) és ( f g) (b) = f (b)g (b).

Hasonló dokumentumok
1. A Horner-elrendezés

1. Polinomok számelmélete

1. A maradékos osztás

1. Interpoláció. Egyértelműség Ha f és g ilyen polinomok, akkor n helyen megegyeznek, így a polinomok azonossági tétele miatt egyenlők.

1. A polinom fogalma. Számolás formális kifejezésekkel. Feladat Oldjuk meg az x2 + x + 1 x + 1. = x egyenletet.

Polinomok A gyökök száma A gyökök és együtthatók összefüggése Szorzatra bontás, számelméleti kérdések A harmad- és negyedfokú egyenlet

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

1. A maradékos osztás

1. Hatvány és többszörös gyűrűben

Diszkrét matematika 2.

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

1. Interpoláció. Egyértelműség (K2.4.10) Ha f és g ilyen polinomok, akkor n helyen megegyeznek, így a polinomok azonossági tétele miatt egyenlők.

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Polinomok maradékos osztása

Polinomok (el adásvázlat, április 15.) Maróti Miklós

1. Egész együtthatós polinomok

Polinomok (előadásvázlat, október 21.) Maróti Miklós

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Matematika A1a Analízis

Klasszikus algebra előadás. Waldhauser Tamás március 24.

Hatványozás. A hatványozás azonosságai

DISZKRÉT MATEMATIKA 2 KIDOLGOZOTT TÉTELSOR 1. RÉSZ

Komplex számok. Wettl Ferenc előadása alapján Wettl Ferenc előadása alapján Komplex számok / 18

Egyenletek, egyenlőtlenségek VII.

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Algebrai alapismeretek az Algebrai síkgörbék c. tárgyhoz. 1. Integritástartományok, oszthatóság

A polinomok gyökhelyeiről

2012. október 2 és 4. Dr. Vincze Szilvia

Tartalomjegyzék. Tartalomjegyzék Valós változós valós értékű függvények... 2

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

FFT. Második nekifutás. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék október 2.

Diszkrét matematika 1.

1. Komplex szám rendje

Függvények december 6. Határozza meg a következő határértékeket! 1. Feladat: x 0 7x 15 x ) = lim. Megoldás: lim. 2. Feladat: lim.

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Számelmélet I.

Zárthelyi feladatok megoldásai tanulságokkal Csikvári Péter 1. a) Számítsuk ki a 2i + 3j + 6k kvaternió inverzét.

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz


Polinomok, Lagrange interpoláció

3. Lineáris differenciálegyenletek

GAUSS-EGÉSZEK ÉS DIRICHLET TÉTELE

1. Bázistranszformáció

ALGEBRAI KIFEJEZÉSEK, EGYENLETEK

A parciális törtekre bontás?

8. Egyenletek, egyenlőtlenségek, egyenletrendszerek II.

Polinomgy r k. 1. Bevezet. 2. Polinomok. Dr. Vattamány Szabolcs.

3. Algebrai kifejezések, átalakítások

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

Klasszikus algebra előadás. Waldhauser Tamás április 14.

2. Algebrai átalakítások

A sorozat fogalma. függvényeket sorozatoknak nevezzük. Amennyiben az értékkészlet. az értékkészlet a komplex számok halmaza, akkor komplex

10.M ALGEBRA < <

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Irreducibilis polinomok szakkörre

Gyakorló feladatok I.

TERMÉSZETTUDOMÁNYI KAR

Kongruenciák. Waldhauser Tamás

4. Test feletti egyhatározatlanú polinomok. Klasszikus algebra előadás NE KEVERJÜK A POLINOMOT A POLINOMFÜGGVÉNNYEL!!!

Magasabbfokú egyenletek

Algebra es sz amelm elet 3 el oad as Nevezetes sz amelm eleti probl em ak Waldhauser Tam as 2014 oszi f el ev

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

A 2015/2016. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny döntő forduló MATEMATIKA III. KATEGÓRIA (a speciális tanterv szerint haladó gimnazisták)

minden x D esetén, akkor x 0 -at a függvény maximumhelyének mondjuk, f(x 0 )-at pedig az (abszolút) maximumértékének.

Másodfokú egyenletek, egyenlőtlenségek

: s s t 2 s t. m m m. e f e f. a a ab a b c. a c b ac. 5. Végezzük el a kijelölt m veleteket a változók lehetséges értékei mellett!

DIFFERENCIÁLEGYENLETEK. BSc. Matematika II. BGRMA2HNND, BGRMA2HNNC

Függvény határérték összefoglalás

GAZDASÁGMATEMATIKA KÖZÉPHALADÓ SZINTEN

Másodfokú egyenletek, egyenlőtlenségek

Határozatlan integrál

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Határozatlan integrál (2) First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

7. Számelmélet. 1. Lehet-e négyzetszám az a pozitív egész szám, amelynek tízes számrendszerbeli alakjában 510 darab 1-es és valahány 0 szerepel?

HHF0CX. k darab halmaz sorbarendezésének a lehetősége k! Így adódik az alábbi képlet:

karakterisztikus egyenlet Ortogonális mátrixok. Kvadratikus alakok főtengelytranszformációja

Trigonometria Megoldások. 1) Igazolja, hogy ha egy háromszög szögeire érvényes az alábbi összefüggés: sin : sin = cos + : cos +, ( ) ( )

Diszkrét matematika 1. estis képzés

Matematika A1a Analízis

I. Egyenlet fogalma, algebrai megoldása

Függvények vizsgálata

Matematika 8. osztály

Elemi algebrai eszközökkel megoldható versenyfeladatok Ábrahám Gábor, Szeged

LÁNG CSABÁNÉ POLINOMOK ALAPJAI. Példák és megoldások

Függvények határértéke és folytonosság

FÜGGVÉNYTANI ALAPOK A) ÉRTELMEZÉSI TARTOMÁNY

1. Analizis (A1) gyakorló feladatok megoldása

Klasszikus algebra előadás. Waldhauser Tamás április 28.

Diszkrét matematika I.

Lineáris egyenletrendszerek Műveletek vektorokkal Geometriai transzformációk megadása mátrixokkal Determinánsok és alkalmazásaik

352 Nevezetes egyenlôtlenségek. , az átfogó hossza 81 cm

Diszkrét matematika 2 (C) vizsgaanyag, 2012 tavasz

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Függvény fogalma, jelölések 15

Banach-algebrákban. Darvas Tamás Babeş-Bolyai Tudományegyetem Matematika-informatika szak, II. év május 10.

IV. INTEGRÁLSZÁMÍTÁS Megoldások november

Alapfogalmak a Diszkrét matematika II. tárgyból

Taylor-polinomok. 1. Alapfeladatok április Feladat: Írjuk fel az f(x) = e 2x függvény másodfokú Maclaurinpolinomját!

1. feladatsor: Vektorterek, lineáris kombináció, mátrixok, determináns (megoldás)

Átírás:

1. Polinomfüggvények Behelyettesés polinomba. Definíció Legyen b komplex szám. Az f (x) = a 0 + a 1 x + a 2 x 2 +... + a n x n polinom b helyen felvett helyettesítési értéke f (b) = a 0 + a 1 b + a 2 b 2 +... + a n b n (az x helyére b-t írunk). Az f -hez tartozó f polinomfüggvény az az f : C C függvény, mely minden b C-hez f (b)-t rendel. Állítás Ha f, g C[x] és b C, akkor ( f + g) (b) = f (b) + g (b) és ( f g) (b) = f (b)g (b). (Kiss-jegyzet, 2.4.2. Gyakorlat) A polinomok összeadását és szorzását pontosan azzal a motivációval definiáltuk, hogy ez az állítás igaz legyen. behelyettesítésre. Legyen f (x) = 3x 4 +2x 3 + x +2 és ( b = 2. Ekkor f (2) = 3 2 4 +2 2 3 +2+2 = 68. ((3x ) ) Kevesebb szorzás kell, ha f (x) = + 2)x + 0 x + 1 x + 2. Belülről kifelé: ( ) f (x) = 3x 3 + 2x 2 + 1 x + 2 = ( (3x = 2 + 2x ) x + 1) x + 2 = ( (3x = 2 + 2x + 0 ) x + 1) x + 2 = ( ((3x ) ) = + 2)x + 0 x + 1 x + 2. x 4 x 3 x 2 x 1 x 0 f együtthatói 3 2 0 1 2 b = 2 3 8 16 33 68 Lemásoljuk a főegyütthatót. Balról indulva az utoljára kitöltött mezőben talált értéket megszorozzuk b = 2-vel, hozzáadjuk a következő, üres mező fölött található együtthatót, és az eredményt beírjuk ebbe az üres mezőbe. 3 2 + 2 = 8 8 2 + 0 = 16 16 2 + 1 = 33 33 2 + 2 = 68 A Horner elrendezés. (1) A táblázat felső sorába balról jobbra beírjuk sorban a polinom együtthatóit, a főtagtól a konstans tagig. (A polinomban nem kiírt nulla együtthatókat is!)

(2) Az alsó sor elejére odaírjuk a behelyettesítendő b értéket. Bemásoljuk a főegyütthatót, a főegyüttható alá. (3) Az utoljára kitöltött mezőbeli értéket megszorozzuk b-vel, hozzáadjuk a mellette jobbra lévő üres mező fölötti együtthatót, és ezt beírjuk ebbe az üres mezőbe. (4) Az f (b) értékét az alsó sor végéről olvashatjuk le. f (x) = a n x n +... + a j+1 x j+1 + a j x j +... + a 1 x + a 0. a n... a j+1 a j... a 1 a 0 b c n 1 = a n... c j c j b + a j =... c 0 c 0 b + a 0 = c n 1... c j = c j 1... c 0 = f (b) A Horner-tétel bizonyítása. Legyen f (x) = a n x n +... + a j+1 x j+1 + a j x j +... + a 1 x + a 0, a n... a j+1 a j... a 1 a 0 c n 1 = a n... c j c j 1... c 0 B és q(x) = c n 1 x n 1 +... + c j x j + c j 1 x j 1 +... + c 1 x + c 0. Állítás: B = f (b) és f (x) = (x b)q(x) + f (b). (Kiss-jegyzet, 2.4.4. Gyakorlat) Beszorzással, és x hatványai szerint rendezve: c j 1 = bc j + a j B = bc 0 + a 0 (x b)(c n 1 x n 1 +... + c j x j + c j 1 x j 1 +... + c 1 x + c 0 ) + B = = c n 1 x n +... + (c j 1 bc j )x j +... + (c 0 bc 1 )x bc 0 + B. Itt c n 1 = a n, c j 1 bc j = a j ha 1 j < n, bc 0 + B = a 0. Tehát ez f (x), azaz f (x) = (x b)q(x)+ B. A b-t behelyettesítve f (b) = B (hiszen x b nullává válik). 2. Polinomok gyökei A gyök és a gyöktényező. Definíció A b szám gyöke az f polinomnak, ha f (b) = 0 ( f C[x], b C). Állítás (a gyöktényező kiemelhetősége) A b szám akkor és csak akkor gyöke az f polinomnak, ha van olyan q polinom, hogy f (x) = (x b)q(x). Ha f (x) = (x b)q(x), akkor f (b) = (b b)g (b) = 0. Megfordítva, ha f (b) = 0, akkor a Horner-elrendezésből kapott q polinomra f (x) = (x b)q(x) + 0. Az x b a b gyökhöz tartozó gyöktényező. 2

Több gyöktényező kiemelése. Tétel (Kiss-jegyzet, 2.4.7. Tétel) Minden 0 f C[x] fölírható f (x) = (x b 1 )...(x b k )q(x) alakban, ahol a (nem feltétlenül különböző) b 1,...,b k számok az f -nek az összes C-beli gyökei, és q-nak nincs gyöke C-ben. Ha f -nek nincs gyöke C-ben, akkor f (x) = q(x) és k = 0 jó. Ha van, akkor f (x) = (x b 1 )q 1 (x) (a gyöktényező kiemelhető). Ha q 1 -nek van egy b 2 gyöke, akkor q 1 (x) = (x b 2 )q 2 (x). Stb. Végül f (x) = (x b 1 )...(x b k )q(x), ahol q-nak nincs gyöke. Belátjuk, hogy f -nek nincs más gyöke, mint b 1,...,b k. Valóban, ha f (b) = 0, akkor (b b 1 )...(b b k )q (b) = 0. A nullosztómentesség miatt valamelyik tényező nulla. De q (b) 0, ezért b b j = 0 valamelyik j-re. Azaz b = b j. Üres szorzat! A gyökök száma. Kérdés Miért ér véget az előző bizonyításban az eljárás? Ha f (x) = (x b 1 )...(x b k )q(x), akkor gr( f ) = gr(x b 1 ) +...+gr(x b k )+gr(q) = k + gr(q) (hiszen szorzásnál a fokok összeadódnak). Így k gr( f ). Következmény Minden polinomnak legfeljebb annyi gyöke van, mint a foka. Házi feladat Mutassuk meg, hogy egy n-edfokú polinom minden értéket legfeljebb n helyen vehet föl. A polinomok azonossági tétele. A polinomok azonossági tétele Ha két, legfeljebb n-edfokú polinom több mint n helyen megegyezik, akkor egyenlők (együtthatóik megegyeznek). Ha f és g megegyezik a c helyen, azaz f (c) = g (c), akkor ( f g) (c) = 0. Tehát f g-nek több, mint n gyöke van. De foka (ha van), legfeljebb n lehet. Ez ellentmond annak, hogy egy nem nulla polinomnak legfeljebb annyi gyöke lehet, mint a foka, kivéve, ha f g = 0, azaz f = g. Következmény Ha az f és g polinomfüggvények egyenlők, akkor f = g. Vagyis C fölött f f kölcsönösen egyértelmű. 3

3. A gyöktényezős alak Az algebra alaptétele. Az algebra alaptétele Minden nem konstans, komplex együtthatós polinomnak van gyöke a komplex számok között. : egyelőre nincs A tétel bizonyításához az analízis eszközei szükségesek. Harmadéven: bizonyítás Komplex függvénytan segítségével. Másodéven: bizonyítás Galois-elmélet segítségével. Felhasznált segédtétel: Tétel Páratlan fokú valós együtthatós polinomnak van valós gyöke. Ez bizonyítható az elemi analízis Bolzano-tételével, de következik az algebra alaptételéből is. A gyöktényezős alak. Következmény (Kiss-jegyzet, 2.5.1. Gyakorlat) Minden n-edfokú komplex együtthatós f polinom fölírható c(x b 1 )...(x b n ) alakban, ahol c az f főegyütthatója. Ez az f polinom gyöktényezős alakja. Láttuk: f (x) = (x b 1 )...(x b k )q(x), ahol q-nak nincs gyöke. Az algebra alaptétele miatt q = c konstans polinom. De c 0, mert akkor f = 0 lenne, és nem lenne foka. Láttuk: gr( f ) = k + gr(q), de gr(q) = 0, ezért k = n. A c(x b 1 )...(x b n ) szorzatban x n együtthatója c. x 4 1 = (x 2 1)(x 2 + 1) = ( x 1 )( x ( 1) )( x i )( x ( i) ). Példák gyöktényezős alakra. Állítás x n 1 = (x ε 1 )(x ε 2 )...(x ε n ), ahol ε k = cos(2kπ/n)+i sin(2kπ/n) az n-edik egységgyökök. Mivel ε n k = 1, ezért mindegyik ε k gyöke x n 1-nek. Ezért mindegyik x ε k szerepel x n 1 gyöktényezős alakjában. De x n 1 foka n, és így legfeljebb n gyöke lehet. Az ε 1,...,ε n páronként különböző, így ez az összes gyök. Az x n 1 főegyütthatója 1, ezért c = 1-gyel kell szorozni. Házi feladat x 4 + 4 = ( (x (1 + i) )( (x ( 1 + i) )( (x ( 1 i) )( (x (1 i) ). 4

Gyök multiplicitása. x 3 3x 2 = (x + 1)(x + 1)(x 2) = (x + 1) 2 (x 2). Általában: f (x) = c(x d 1 ) k 1(x d 2 ) k 2...(x d m ) k m, ahol a d 1,...,d m már páronként különbözők. Definíció A k i a d i gyök multiplicitása. Azaz d i egy k i -szoros gyök. Következmény gr( f ) = k 1 +k 2 +...+k n, azaz egy n-edfokú polinomnak multiplicitásokkal számolva n darab gyöke van. Többszörös gyökök. f (x) = x 3 3x 2 = (x +1)(x +1)(x 2) = (x +1) 2 (x 2). Legyen g(x) = x 2. Ekkor g( 1) 0. Ezentúl f (b) helyett f (b) (de polinom polinomfüggvény). Pontosabb definíció Az f C[x] polinomnak a b C szám k-szoros gyöke (vagyis a b gyök multiplicitása k), ha f (x) = (x b) k q(x), ahol a q C[x] polinomnak b már nem gyöke. Megjegyzés A többszörös gyökök kényelmesen meghatározhatók a formális deriválás módszerével (Kiss-jegyzet, 3.6. szakasz). Ez csak emelt szinten szerepel ebben a félévben. 4. A gyökök meghatározása A racionális gyökteszt. A racionális gyökteszt (Kiss-jegyzet, 3.3.9. Tétel) f (x) = a 0 + a 1 x +... + a n x n egész együtthatós polinom. Ha a p/q nem egyszerűsíthető tört gyöke f -nek, akkor p a 0 (a számláló osztja f konstans tagját), és q a n (a nevező osztja f főegyütthatóját). 0 = f (p/q) = a 0 + a 1 (p/q) +... + a n 1 (p/q) n 1 + a n (p/q) n. q n -nel szorozva a 0 q n + a 1 pq n 1 +... + a n 1 p n 1 q + a n p n = 0. Mindegyik tag osztható p-vel, kivéve esetleg a legelsőt. Mivel p 0, ezért a legelső tag is: p a 0 q n. A p/q nem egyszerűsíthető, így p és q relatív prímek. Tehát p a 0 q n -ből p a 0 következik. Ugyanezzel a módszerrel kapjuk a q a n oszthatóságot is. 5

a racionális gyöktesztre. Határozzuk meg f (x) = 4x 4 + 5x 2 + 4x 3 + 4x + 1 gyökeit. Megoldás Ha a p/q egyszerűsíthetetlen tört gyök, akkor p 1 és q 4. Ezért p = ±1 és q = ±1, ± 2, ± 4. Így p/q = ±1,±1/2,±1/4. Ezeket végigpróbálgatva kapjuk, hogy csak 1/2 jó. Hornerrel leosztva f (x) = ( x +(1/2) ) (4x 3 +2x 2 +4x +2). Itt 4x 2 +2x 2 +4x +2-nek csak 1/2 lehet racionális gyöke. Ez tényleg gyök: f (x) = ( x +(1/2) ) 2 (4x 2 + 4). Itt 4x 2 + 4 = 4(x 2 + 1) = 4(x + i)(x i). Tehát f gyökei: 1/2 (kétszeres), i és i. Gyöktényezős alakja f (x) = 4 ( x + (1/2) ) 2 (x + i)(x i). Azaz f (x) = (2x + 1) 2 (x + i)(x i). 6