Klasszikus algebra előadás. Waldhauser Tamás április 14.

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

Tartalom. Algebrai és transzcendens számok

Polinomok (előadásvázlat, október 21.) Maróti Miklós

Polinomok (el adásvázlat, április 15.) Maróti Miklós

Klasszikus algebra előadás. Waldhauser Tamás március 24.

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

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

Klasszikus algebra előadás. Waldhauser Tamás április 28.

Testek március 29.

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

Algoritmuselmélet gyakorlat (MMN111G)

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

Kongruenciák. Waldhauser Tamás

5. Az Algebrai Számelmélet Elemei

Diszkrét matematika 2.

Komplex számok. Wettl Ferenc Wettl Ferenc () Komplex számok / 9

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

1. A maradékos osztás

karakterisztikus egyenlet Ortogonális mátrixok. Kvadratikus alakok főtengelytranszformációja

Intergrált Intenzív Matematika Érettségi

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

1.1. Definíció. Azt mondjuk, hogy a oszója b-nek, vagy más szóval, b osztható a-val, ha létezik olyan x Z, hogy b = ax. Ennek jelölése a b.

Másodfokú egyenletek, egyenlőtlenségek

Komplex számok. Wettl Ferenc szeptember 14. Wettl Ferenc Komplex számok szeptember / 23

megválaszolása: E. Galois elmélete.

Másodfokú egyenletek, egyenlőtlenségek

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

MTN714: BEVEZETÉS AZ ABSZTRAKT ALGEBRÁBA. 1. Csoportelméleti alapfogalmak

1. Hatvány és többszörös gyűrűben

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Határozatlan integrál

1. Polinomok számelmélete

FELADATOK A BEVEZETŽ FEJEZETEK A MATEMATIKÁBA TÁRGY III. FÉLÉVÉHEZ. ÖSSZEÁLLÍTOTTA: LÁNG CSABÁNÉ ELTE IK Budapest

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

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

1. Mondjon legalább három példát predikátumra. 4. Mikor van egy változó egy kvantor hatáskörében?

Komplex számok. Wettl Ferenc Wettl Ferenc () Komplex számok / 14

Egyenletek, egyenlőtlenségek VII.

1.1. Alapfogalmak. Vektor: R 2 beli elemek vektorok. Pl.: (2, 3) egy olyan vektor aminek a kezdo pontja a (0, 0) pont és a végpontja a

Hatványozás. A hatványozás azonosságai

1. Egész együtthatós polinomok

b, b > 0 racionális szám, hogy a

matematika alapszak Waldhauser Tamás jegyzete alapján készítette B. Szendrei Mária

Bevezetés az algebrába az egész számok

Mi az, hogy egyenlet. Megoldhatók-e az egyenletek. Mi az, hogy egyenlet. Mi az, hogy egyenlet. Számokat keresünk 3.

KLASSZIKUS ALGEBRA ÉS SZÁMELMÉLET FELADATOK

y + a y + b y = r(x),

Vektorterek. Wettl Ferenc február 17. Wettl Ferenc Vektorterek február / 27

Matematika alapjai; Feladatok

Polinomok maradékos osztása

Matematika A1a Analízis

Mikor van egy változó egy kvantor hatáskörében? Milyen tulajdonságokkal rendelkezik a,,részhalmaz fogalom?

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

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

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

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

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

Algebrai egész kifejezések (polinomok)

VEKTORTEREK I. VEKTORTÉR, ALTÉR, GENERÁTORRENDSZER október 15. Irodalom. További ajánlott feladatok

Gy ur uk aprilis 11.

Diszkrét matematika 2.C szakirány

LINEÁRIS ALGEBRA. Szerkeszt es alatt NAGY ATTILA

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

Diszkrét matematika 1.

Bevezetés. 1. fejezet. Algebrai feladatok. Feladatok

HALMAZELMÉLET feladatsor 1.

3. Lineáris differenciálegyenletek

Diszkrét matematika 2 (C) vizsgaanyag, 2012 tavasz

I. POLINOMELMÉLET. 1. Polinomok gyökei

Mi az, hogy egyenlet. Megoldhatók-e az egyenletek. Mi az, hogy egyenlet. Több egyenlet együttese az ókorban. Számokat keresünk 2.

MATEMATIKA TANMENET SZAKKÖZÉPISKOLA 11B OSZTÁLY HETI 4 ÓRA 37 HÉT/ ÖSSZ 148 ÓRA

Szerkeszt es alatt LINEÁRIS ALGEBRA NAGY ATTILA EGYETEMI JEGYZET. Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem. Algebra Tanszék

1. feladatsor Komplex számok

Diszkrét matematika II., 8. előadás. Vektorterek

2012. október 2 és 4. Dr. Vincze Szilvia

GAZDASÁGMATEMATIKA KÖZÉPHALADÓ SZINTEN

Diszkrét matematika I., 12. előadás Dr. Takách Géza NyME FMK Informatikai Intézet takach november 30.

Waldhauser Tamás szeptember 8.

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

Kalkulus. Komplex számok

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

1. Generátorrendszer. Házi feladat (fizikából tudjuk) Ha v és w nem párhuzamos síkvektorok, akkor generátorrendszert alkotnak a sík vektorainak

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

Számelmélet. 1. Oszthatóság Prímszámok

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

Markov-láncok stacionárius eloszlása

17. előadás: Vektorok a térben

Lineáris Algebra. Tartalomjegyzék. Pejó Balázs. 1. Peano-axiomák

Vizsgatematika Bevezetés a matematikába II tárgyhoz tavasz esti tagozat

Kvadratikus alakok és euklideszi terek (előadásvázlat, október 5.) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Algebra es sz amelm elet 3 el oad as Permut aci ok Waldhauser Tam as 2014 oszi f el ev

10. Feladat. Döntse el, hogy igaz vagy hamis. Név:...

Magasabbfokú egyenletek

A permutáció fogalma. Ciklusfelbontás. 1. feladat. Számítsuk ki S 6 -ban a πρ, ρπ, π 1 és π 2014 permutációkat, ahol

Számelmélet (2017. február 8.) Bogya Norbert, Kátai-Urbán Kamilla

Waldhauser Tamás szeptember 15.

Permutációk véges halmazon (el adásvázlat, február 12.)

Alapvető polinomalgoritmusok

Átírás:

Klasszikus algebra előadás Waldhauser Tamás 2014. április 14.

Többhatározatlanú polinomok 4.3. Definíció. Adott T test feletti n-határozatlanú monomnak nevezzük az ax k 1 1 xk n n alakú formális kifejezéseket, ahol 0 = a T és k 1,..., k n N 0. Az ilyen monomok véges összegeit pedig T feletti n-határozatlanú polinomoknak nevezzük. Jelölés. A T feletti n-határozatlanú polinomok halmazát T [x 1,..., x n ] jelöli. 4.4. Tétel. A természetes módon definiált szorzással és összeadással T [x 1,..., x n ] integritástartomány. 4.5. Megjegyzés. Az n-határozatlanú polinomok gyűrűjét lehetne rekurzívan is definiálni: legyen T [x 1,..., x n ] = (T [x 1,..., x n 1 ]) [x n ], azaz a T [x 1,..., x n 1 ] integritástartomány feletti (egyhatározatlanú) polinomgyűrű.

Többhatározatlanú polinomok Példa. f = 7x 2 1 x 3 2x 1 x 2 x 4 3 + 9x 1x 2 3x 2 1 x 2x 2 3 + x 1x 2 x 3 3 2x2 1 + 5x 1 x 2 2 x 3 x 2 1 x 2x 3 6x 1 x 3 + 2x 2 3 + x 1x 2 3 + 4x2 2 x2 3 + 8 R [x 1, x 2, x 3 ] f = x 2 1 ( 3x 2 x 2 3 x 2x 3 + 7x 3 2 ) + x 1 (5x 2 2 x 3 2x 2 x 4 3 + x 2x 3 3 + 9x 2 + x 2 3 6x 3) + ( 4x 2 2 x 2 3 + 2x2 3 + 8) R [x 2, x 3 ] [x 1 ] ( f = x1 2 x 2 ( 3x ) 3 2 x 3) + (7x3 2) + ( x 1 x2 2 (5x ( 3) x 2 2x 4 3 + x3 3 + 9) + ( x3 2 6x 3) ) + ( x2 2 (4x 3 2 ) ( + 2x 2 3 + 8 )) R [x 3 ] [x 2 ] [x 1 ]

Lexikografikus rendezés 4.6. Definíció. Azt mondjuk, hogy az ax k 1 1 xk n n monom lexikografikusan megelőzi a bx l 1 1 x l n n monomot, ha i {1,..., n} : k 1 = l 1,..., k i 1 = l i 1 és k i > l i. (Vagyis megkeressük az első eltérést a k 1, k 2,..., k n és az l 1, l 2,..., l n kitevősorozatok között, és amelyikben nagyobb szám áll ezen a helyen, az kerül előrébb a lexikografikus sorrendben.) Jelölés. Tetszőleges M, N T [x 1,..., x n ] monomok esetén M N jelöli azt, hogy M lexikografikusan megelőzi N-et, M N pedig azt, hogy M N vagy M N. A relációt lexikografikus rendezésnek nevezzük.

Lexikografikus rendezés Példa. x 2 1 x99 2 x23 3 x71 4 x 3 1 x 2x 2 3 x5 4 2x 3 1 x 2x 4 3 x2 4 14x 3 1 x 2x 2 3 x3 4 x 1 x 2 x 2 3 x 4 3x 4 2 x6 3 x2 4 12x 2 1 x3 2 x 3x 5 4 9x 2 1 x3 2 x 3x 5 4

Lexikografikus rendezés 4.7. Álĺıtás. A monomok halmazán reflexív, tranzitív és dichotóm reláció, valamint M M N akkor és csak akkor áll fenn egyszerre, ha M és N asszociált. 4.8. Megjegyzés. Az előző álĺıtás szerint a reláció teljes rendezés (dichotóm részbenrendezés) a monomok halmazán modulo asszociáltság. Általában egyszerre csak egy adott polinomban előforduló monomokat vizsgálunk, ezek között pedig nincsenek asszociáltak (azokat össze lehetne vonni egy taggá), tehát ilyenkor valójában teljesen rendezett halmazzal dolgozhatunk. N és 4.9. Álĺıtás. A monomok szorzása monoton a lexikografikus rendezésre nézve, azaz tetszőleges M, ˆM, N, ˆN monomokra ha M N és ˆM ˆN, akkor M ˆM N ˆN, és itt asszociáltság csak akkor teljesül, ha M N és ˆM ˆN. 4.10. Álĺıtás. Tetszőleges f, g T [x 1,..., x n ] nemzéró polinomokra fg lexikografikusan első tagja nem más, mint f és g lexikografikusan első tagjának szorzata.

Lexikografikus rendezés Példa. A korábbi példában szereplő polinom tagjai lexikografikusan csökkenő sorrendben: f = 3x 2 1 x 2x 2 3 x2 1 x 2x 3 + 7x 2 1 x 3 2x 2 1 + 5x 1x 2 2 x 3 2x 1 x 2 x 4 3 + +x 1 x 2 x 3 3 + 9x 1x 2 + x 1 x 2 3 6x 1x 3 + 4x 2 2 x2 3 + 2x2 3 + 8

Szimmetrikus polinomok 4.11. Definíció. Az f T [x 1,..., x n ] polinomot szimmetrikus polinomnak nevezzük, ha invariáns a határozatlanok minden permutációjára, azaz π S n : f (x 1π,..., x nπ ) = f (x 1,..., x n ). 4.12. Definíció. A k-adik n-határozatlanú elemi szimmetrikus polinom az x 1,..., x n határozatlanokból képezett összes k-tényezős szorzatok összege (k = 1,..., n). Jelölés. A k-adik n-határozatlanú elemi szimmetrikus polinomot σ k jelöli (az alaptest és n értéke általában világos a szövegkörnyezetből), tehát σ k = x i1 x i2... x ik = 1 i 1 <i 2 < <i k n I {1,...,n} I =k x i T [x 1,..., x n ]. i I 4.13. Megjegyzés. Az elemi szimmetrikus polinomokkal már találkoztunk: segítségükkel fejezhetők ki egy komplex együtthatós főpolinom együtthatói a polinom gyökeiből. Tehát a Viète-formulák σ k (α 1,..., α n ) = ( 1) k a n k alakban is feĺırhatók.

Szimmetrikus polinomok Példa. Határozzuk meg az x 3 + 2x 2 + 8x + 6 polinom gyökeinek négyzetösszegét. A Viète-formulák szerint α 1 + α 2 + α 3 = σ 1 (α 1, α 2, α 3 ) = 2, α 1 α 2 + α 1 α 3 + α 2 α 3 = σ 2 (α 1, α 2, α 3 ) = 8, α 1 α 2 α 3 = σ 3 (α 1, α 2, α 3 ) = 6. α 2 1 + α 2 2 + α 2 3 = (α 1 + α 2 + α 3 ) 2 2 (α 1 α 2 + α 1 α 3 + α 2 α 3 ) = 4 16 = 12 A megoldás kulcsa az, hogy az x 2 1 + x2 2 + x2 3 Q [x 1, x 2, x 3 ] polinomot ki lehet fejezni az elemi szimmetrikus polinomok segítségével: x 2 1 + x 2 2 + x 2 3 = σ 2 1 2σ 2. Ez pedig azért tehető meg, mert x1 2 + x2 2 + x2 3 szimmetrikus polinom.

A szimmetrikus polinomok alaptétele 4.14. Tétel. A szimmetrikus polinomok részgyűrűt alkotnak a T [x 1,..., x n ] polinomgyűrűben. 4.15. Lemma. Ha ax k 1 1 xk n n egy szimmetrikus polinom lexikografikusan első tagja, akkor k 1 k n. 4.16. Lemma. Tetszőleges k 1 k n nemnegatív egészekhez léteznek olyan l 1,..., l n nemnegatív egészek, hogy σ l 1 1... σ l n n T [x 1,..., x n ] lexikografikusan első tagja éppen x k 1 1 xk n n. 4.17. Tétel (a szimmetrikus polinomok alaptétele). Bármely szimmetrikus polinom feĺırható, mégpedig egyetlen módon, az elemi szimmetrikus polinomok polinomjaként. Formálisan: f T [x 1,..., x n ] : f szimmetrikus =!h T [x 1,..., x n ] : f = h (σ 1,..., σ n ).

Diszkrimináns 4.18. Következmény. Tetszőleges n-edfokú f Q [x] polinom esetén ha f komplex gyökei (multiplicitással) α 1,..., α n, akkor minden g Q [x 1,..., x n ] szimmetrikus polinomra g (α 1,..., α n ) Q. Példa. Ha a g = 1 i<j n (x i x j ) 2 polinomra alkalmazzuk a fenti következményt, akkor azt kapjuk, hogy racionális együtthatós polinom diszkriminánsa racionális szám (hiszen kifejezhető az együtthatók racionális polinomjaként).

A harmadfokú polinom diszkriminánsa D = (x 1 x 2 ) 2 (x 1 x 3 ) 2 (x 2 x 3 ) 2 σ 1 = x 1 + x 2 + x 3 σ 2 = x 1 x 2 + x 1 x 3 + x 2 x 3 σ 3 = x 1 x 2 x 3 D = x 4 1 x2 2 2x4 1 x 2x 3 + x 4 1 x2 3 2x3 1 x3 2 + 2x3 1 x2 2 x 3 + 2x 3 1 x 2x 2 3 2x3 1 x3 3 +x 2 1 x4 2 + 2x2 1 x3 2 x 3 6x 2 1 x2 2 x2 3 + 2x2 1 x 2x 3 3 + x2 1 x4 3 2x 1x 4 2 x 3 +2x 1 x 3 2 x2 3 + 2x 1x 2 2 x3 3 2x 1x 2 x 4 3 + x4 2 x2 3 2x3 2 x3 3 + x2 2 x4 3

A harmadfokú polinom diszkriminánsa D σ 2 1 σ2 2 = 4x 4 1 x 2x 3 4x 3 1 x3 2 6x3 1 x2 2 x 3 6x 3 1 x 2x 2 3 4x3 1 x3 3 6x 2 1 x3 2 x 3 21x 2 1 x2 2 x2 3 6x2 1 x 2x 3 3 4x 1x 4 2 x 3 6x 1 x 3 2 x2 3 6x 1x 2 2 x3 3 4x 1x 2 x 4 3 4x3 2 x3 3 D σ 2 1 σ2 2 + 4σ3 1 σ 3 = 4x 3 1 x3 2 + 6x3 1 x2 2 x 3 + 6x 3 1 x 2x 2 3 4x3 1 x3 3 + 6x2 1 x3 2 x 3 +3x 2 1 x2 2 x2 3 + 6x2 1 x 2x 3 3 + 6x 1x 3 2 x2 3 + 6x 1x 2 2 x3 3 4x3 2 x3 3 D σ 2 1 σ2 2 + 4σ3 1 σ 3 + 4σ 3 2 = 18x 3 1 x2 2 x 3 + 18x 3 1 x 2x 2 3 + 18x2 1 x3 2 x 3 + 27x 2 1 x2 2 x2 3 +18x 2 1 x 2x 3 3 + 18x 1x 3 2 x2 3 + 18x 1x 2 2 x3 3 D σ 2 1 σ2 2 + 4σ3 1 σ 3 + 4σ 3 2 18σ 1σ 2 σ 3 = 27x 2 1 x2 2 x2 3 D σ 2 1 σ2 2 + 4σ3 1 σ 3 + 4σ 3 2 18σ 1σ 2 σ 3 + 27σ 2 3 = 0

A harmadfokú polinom diszkriminánsa D = σ 2 1 σ2 2 4σ3 1 σ 3 4σ 3 2 + 18σ 1σ 2 σ 3 27σ 2 3 Ha (x α 1 ) (x α 2 ) (x α 3 ) = x 3 + px + q, akkor a Viéte-formulák szerint tehát σ 1 (α 1, α 2, α 3 ) = 0, σ 2 (α 1, α 2, α 3 ) = p, σ 3 (α 1, α 2, α 3 ) = q, D (α 1, α 2, α 3 ) = 4σ 2 (α 1, α 2, α 3 ) 3 27σ 3 (α 1, α 2, α 3 ) 2 = 4p 3 27q 2 = 108 ( ( q ) 2 ( p ) ) 3 +. 2 3

Algebrai és transzcendens számok 4.19. Definíció. Az α komplex számot algebrai számnak nevezzük, ha gyöke valamely nemzéró racionális együtthatós polinomnak. A nem algebrai számokat transzcendens számoknak nevezzük. 4.20. Definíció. Ha f Q [x] minimális fokszámú mindazon nemzéró racionális együtthatós főpolinomok között, melyeknek α gyöke, akkor f -et az α algebrai szám minimálpolinomjának nevezzük. 4.21. Tétel*. Algebrai szám minimálpolinomja mindig egyértelműen meghatározott, és irreducibilis a racionális számtest felett. Továbbá, ha f Q [x] olyan irreducibilis főpolinom melynek az α algebrai szám gyöke, akkor f megegyezik α minimálpolinomjával. 4.22. Tétel*. Létezik transzcendens szám.

Algebrai és transzcendens számok Példa. 2 algebrai szám, minimálpolinomja: x 2 2 (miért irreducibilis?). n 2 algebrai szám, minimálpolinomja: x n 2 (miért irreducibilis?). i algebrai szám, minimálpolinomja: x 2 + 1 (miért irreducibilis?). π és e transzcendens számok. A Liouville-féle 1 10 n! konstans transzcendens szám. Gelfond Schneider-tétel: Ha α = 0, 1 és β / Q algebrai számok, akkor α β transzcendens szám. Például 2 2, 2 2 és i i = e π/2 transzcendens számok.

Algebrai számok és gyökmennyiségek 4.23. Tétel*. Az algebrai számok résztestet alkotnak a komplex számok testében. 4.24. Tétel*. Ha α algebrai szám és n 2, akkor n α is algebrai szám (a gyöknek mind az n értékére). 4.25. Definíció. Az α komplex számot gyökmennyiségnek nevezzük, ha megkapható racionális számokból kiindulva a négy alapművelet (összeadás, kivonás, szorzás, osztás) és egész kitevős gyökvonás véges számú alkalmazásával. 4.26. Következmény. A gyökmennyiségek algebrai számok. Példa. Ez a szám algebrai: 3 3 4 2 + 5 3 17 + 17 323 2014 2 + 3 3 + 5 5

Algebrai számok és gyökmennyiségek 4.27. Tétel*. Van olyan algebrai szám, ami nem gyökmennyiség. A fenti ártatlannak látszó tételből következik, hogy nem minden egyenlet oldható meg gyökjelek segítségével. Az ötödfokú egyenletnek már nincs általános megoldóképlete, sőt, például az x 5 4x + 2 = 0 egyenletnek még ad hoc megoldóképlete sincs, mert gyökei nem gyökmennyiségek. 4.28. Tétel*. Az algebrai számok teste algebrailag zárt, azaz ha α C gyöke a legalább elsőfokú f = a n x n + + a 1 x + a 0 polinomnak, ahol a 0,..., a n algebrai számok, akkor α maga is algebrai szám.