Polinomok (el adásvázlat, április 15.) Maróti Miklós

Hasonló dokumentumok
Polinomok (előadásvázlat, október 21.) Maróti Miklós

Klasszikus algebra előadás. Waldhauser Tamás március 24.

Diszkrét matematika 2.

Klasszikus algebra előadás. Waldhauser Tamás április 14.

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

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

Diszkrét matematika 2.C szakirány

1. Polinomok számelmélete

1. A maradékos osztás

Kongruenciák. Waldhauser Tamás

Klasszikus algebra előadás. Waldhauser Tamás április 28.

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

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

matematika alapszak Waldhauser Tamás jegyzete alapján készítette B. Szendrei Mária

Permutációk véges halmazon (el adásvázlat, február 12.)

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

SE EKK EIFTI Matematikai analízis

LÁNG CSABÁNÉ POLINOMOK ALAPJAI. Példák és megoldások

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

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

0 ; a k ; :::) = ( 0: x = (0; 1; 0; 0; :::; 0; :::) = (0; 1)

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.

1. Egész együtthatós polinomok

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

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

Testek március 29.

1. A Horner-elrendezés

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

Diszkrét matematika I.

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).

: 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!

Vizsgatematika Bevezetés a matematikába II tárgyhoz tavasz esti tagozat

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

2. Tétel (Az oszthatóság tulajdonságai). : 2. Nullát minden elem osztja, de. 3. a nulla csak a nullának osztója.

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

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

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

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

Gonda János POLINOMOK. Példák és megoldások

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

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

Algoritmuselmélet gyakorlat (MMN111G)

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

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

Diszkrét matematika 1. estis képzés. Komputeralgebra Tanszék ősz

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Irreducibilis polinomok szakkörre

Hatványozás. A hatványozás azonosságai

Számelmélet. 1. Oszthatóság Prímszámok

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

Lineáris algebra és a rang fogalma (el adásvázlat, szeptember 29.) Maróti Miklós

1. Hatvány és többszörös gyűrűben

Alapvető polinomalgoritmusok

DISZKRÉT MATEMATIKA 2 KIDOLGOZOTT TÉTELSOR 1. RÉSZ

Intergrált Intenzív Matematika Érettségi

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

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

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

1. A maradékos osztás

Diszkrét matematika 2 (C) vizsgaanyag, 2012 tavasz

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

Gy ur uk aprilis 11.

Waldhauser Tamás szeptember 8.

5. Az Algebrai Számelmélet Elemei

Algebra gyakorlat, 8. feladatsor, megoldásvázlatok

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Diszkrét matematika II. feladatok

Az eddig leadott anyag Diszkrét matematika II tárgyhoz tavasz

Komplex számok (el adásvázlat, február 12.) Maróti Miklós

MBNK12: Permutációk (el adásvázlat, április 11.) Maróti Miklós

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

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

Véges testek és alkalmazásaik

MM CSOPORTELMÉLET GYAKORLAT ( )

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

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

HALMAZELMÉLET feladatsor 1.

Határozatlan integrál

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

GAZDASÁGMATEMATIKA KÖZÉPHALADÓ SZINTEN

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

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

Tartalomjegyzék 1. Műveletek valós számokkal Függvények Elsőfokú egyenletek és egyenlőtlenségek

Lineáris leképezések (előadásvázlat, szeptember 28.) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

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

Diszkrét matematika alapfogalmak

A parciális törtekre bontás?

Tartalom. Algebrai és transzcendens számok

2012. október 2 és 4. Dr. Vincze Szilvia

Diszkrét matematika II. feladatok

Polinomok maradékos osztása

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Bevezetés az algebrába az egész számok 2

LINEÁRIS ALGEBRA. Szerkeszt es alatt NAGY ATTILA

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

MTN714: BEVEZETÉS AZ ABSZTRAKT ALGEBRÁBA. 1. Csoportelméleti alapfogalmak

2. Feladatsor. N k = {(a 1,...,a k ) : a 1,...,a k N}

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

Számelméleti alapfogalmak

Átírás:

Polinomok (el adásvázlat, 2008 április 15) Maróti Miklós Ennek az el adásnak a megértéséhez a következ fogalmakat kell tudni: gy r, gy r additív csoportja, zéruseleme, és multiplikatív félcsoportja, egységelemes és kommutatív gy r, test, generált részalgebra, egész számok Az el adáshoz ajánlott jegyzet: Klukovits Lajos: Klasszikus és lineáris algebra, Polygon Kiadó, Szeged, 1999 Szendrei Ágnes: Diszkrét matematika, Polygon Kiadó, Szeged, 19942002 1 Példa A következ algebrai struktúrák gy r k: (1) (R; +, ), (Q; +, ), (C; +, ), és általában minden test, (2) (Z; +, ), (P; +, ) ahol P = { 2a : a Z }, (3) (Z n ; +, ) (modulo n maradékosztályok), (4) (P (U);, ) tetsz leges U halmazra (5) (T n n ; +, ) tetsz leges T testre, (6) (R n n ; +, ) tetsz leges kommutatív R gy r re, (7) test feletti egyváltozós polinomok 2 Tétel Tetsz leges R gy r ben teljesülnek a következ tulajdonságok: (1) 0 a = a 0 = 0 ahol 0 az R gy r zéruseleme, (2) ( a)b = a( b) = (ab), (3) (a 1 + + a m )(b 1 + + b n ) = m n i=1 j=1 a ib j (általános disztributivitás), (4) (a + b) n = n ( n i) a i b n i (binomiális tétel) 3 Deníció A T test fölötti egyhatározatlanú polinomok az a 0 + a 1 x + + a n x n (a i T ) formális kifejezések, amelyek halmazát T [x]-el jelöljük Ha a i+1 = a i+2 = = a n = 0, akkor az a 0 + a 1 x + + a n x n és a 0 + a 1 x + + a i x i polinomokat egyenl knek tekintjük (tehát a kezd zéró együtthatós tagokat gyelmen kívül hagyjuk) Az a T elemeket konstans polinomoknak hívjuk 4 Deníció Legyen T test Az f = a 0 +a 1 x+ +a n x n T [x] polinom polinomfüggvényén az n f(c) = a i c i (c T ) képlet szerint deniált f(x) : T T leképezést értjük 5 Példa A Z 2 test feletti f = 0 és g = x + x 2 polinomokra f g de f(x) = g(x) De tetsz leges f, g R[x] polinomokra f = g akkor és csak akkor, ha f(x) = g(x) 6 Deníció Legyen T tetsz leges test és f = a 0 + a 1 x + + a n x n T [x], g = b 0 + b 1 x + + b m x m T [x] Az f és g polinomok összegén az f + g = max(n,m) (a i + b i )x i,

polinomot értjük, ahol a i = 0, illetve b i = 0 értend, ha i > n, illetve i > m Az f és g szorzatán az n+m i fg = a j b i j x i polinomot értjük j=0 7 Tétel Tetsz lges T test esetén T [x] kommutatív egységelemes gy r t alkot az el bb deniált m veletekkel, amit a T test feletti egyhatározatlanú polinomgy r nek hívunk 8 Tétel Tetsz leges T testre a T [x] polinomgy r t a konstanspolinomok és az x polinom generálja A konstanspolinomok a T testtel izomorf résztestet alkotnak T [x]-ben 9 Deníció Ha az f = a 0 + a 1 x + + a n x n T [x] polinomban a n 0, akkor az n számot az f polinom fokszámának és az a n elemet az f polinom f együtthatójának hívjuk Az f polinomot f polinomnak nevezzük, ha f f együtthatója 1 T Tehát a 0 polinomnak nincsen fokszáma (se f együtthatója), de kényelmes lesz bevezetni a következ jelölést: { f fokszáma, ha f 0, deg f = 1, ha f = 0 10 Tétel Legyen T tetsz leges test és f, g T [x] nemzéró polinomok Ekkor deg(f + g) max(deg f, deg g) és deg(fg) = deg f + deg g 11 Deníció Az R gy r t zérusosztómentesnek nevezzük, ha bármely két 0-tól különböz elem szorzata 0-tól különböz 12 Következmény Tetsz leges T test esetén T [x] zérusosztómentes 13 Tétel Tetsz leges zérusosztómentes R gy r ben teljesülnek a következ ún kancellatív tulajdonságok: (1) ha ac = bc és c 0, akkor a = b, (2) ha ab = ac és a 0, akkor b = c 14 Deníció Legyen T tetsz leges test és f, g T [x] Azt mondjuk, hogy f osztója g-nek, vagy g többszöröse f-nek, és azt írjuk, hogy f g, ha van olyan h T [x] polinom, amelyre fh = g 15 Tétel Tetsz leges T test feletti T [x] polinomgy r ben teljesülnek a következ oszthatósági tulajdonságok: (1) f f, (2) ha f g és g h, akkor f h, (3) ha f g és g f, akkor f = cg valamely c T \ {0} elemre, (4) 1 f és f 0, (5) 0 f akkor és csak akkor, ha f = 0, (6) f 1 akkor és csak akkor, ha f T \ {0}, (7) ha f g és f h, akkor f g + h és f g h, (8) ha f g és h p, akkor fh gp, (9) ha fh gh és h 0, akkor f g (10) ha f g és g 0, akkor deg f deg g 16 Deníció Az f és g polinomok asszociáltak, ha f g és g f, amelyet az relációval jelölünk 17 Következmény Az asszociáltság ekvivalenciareláció a polinomok halmazán A 0 polinomhoz semelyik másik polinom sem asszociált A {0} osztályt kivéve minden asszociáltsági osztályban pontosan egy f polinom van 2

18 Deníció A h polinom az f, g polinomok legnagyobb közös osztója, ha (1) h f és h g (azaz közös osztó), és (2) ha p f és p g, akkor p h (azaz minden közös osztónak a többszöröse) Hasonlóan, a h polinom az f, g polinomok legkisebb közös többszöröse, ha (1) f h és g h (azaz közös többszörös), és (2) ha f p és g p, akkor h p (azaz minden közös többszörösnek az osztója) 19 Tétel A legnagyobb közös osztó (és a legkisebb közös többszörös) asszociáltság erejéig egyértelm en meghatározott Tehát, ha h az f és g polinomok legnagyobb közös osztója, akkor h minden asszociáltja is legnagyobb közös osztó és rajtuk kívül nincs más legnagyobb közös osztó 20 Deníció Az f és g polinomok legnagyobb közös osztóját lnko(f, g)-vel jelöljük, és általában nem azt írjuk, hogy h = lnko(f, g), hanem azt, hogy h lnko(f, g) Hasonlóan a legkisebb közös többszöröst lkkt(f, g)-vel jelöljük 21 Deníció Az f és g polinomok relatív prímek, ha lnko(f, g) 1 22 Tétel Legyen T test, f, g T [x] és g 0 Ekkor léteznek olyan egyértelm en meghatározott q, r T [x] polinomok, amelyekre f = qg + r és deg r < deg g Ezt a m veletet maradékos osztásnak nevezzük, ahol f az osztandó, g az osztó, q a hányados és r a maradék 23 Tétel (Euklideszi algoritmus) Bármely két f, g T [x] polinomnak van legnagyobb közös osztója, amely a következ maradékos osztások elvégzésével megkapható: f = q 1 g + r 1 (deg r 1 < deg g) g = q 2 r 1 + r 2 (deg r 2 < deg r 1 ) r 1 = q 3 r 2 + r 3 (deg r 3 < deg r 2 ) r i 1 = q i+1 r i + r i+1 (deg r i+1 < deg r i ) Az eljárás véges számú lépés után véget ér, azaz létezik olyan n N, hogy r n+1 = 0 A legnagyobb közös osztó az utolsó nemnulla maradék, azaz lnko(f, g) r n Az eljárás során kapott egyenleteket visszafejtve olyan u és v polinomokat kapunk, hogy lnko(f, g) = fu + gv 24 Tétel Bármely f, g, h T [x] polinomra teljesülnek az alábbiak (1) lnko(lnko(f, g), h) lnko(f, lnko(g, h)), (2) lnko(f, g) lnko(g, f), (3) lnko(f, g) f f g, (4) lnko(f, f) f, (5) lnko(0, f) f, (6) lnko(1, f) 1, (7) lnko(f, g) 0 f = g = 0, (8) lnko(f, g) lnko(f + gh, g), (9) lnko(f, g) h lnko(fh, gh), (10) lnko(f, g) 0 = lnko(f/ lnko(f, g), g/ lnko(f, g)) 1 (11) lnko(f, g) 1 = lnko(f, gh) lnko(f, h) 25 Következmény Bármely f, g, h T [x] polinomra teljesülnek az alábbiak (1) ha lnko(f, g) 1, f h és g h, akkor fg h; (2) ha lnko(f, g) 1 és f gh, akkor f h; (3) ha lnko(f, g) 0 és f gh, akkor f/ lnko(f, g) h 26 Tétel Tetsz leges f, g T [x] polinomokra lnko(f, g) lkkt(f, g) fg 3

27 Tétel Tetsz leges adott f, g, h T [x] polinomok esetén az fu + gv = h diofantoszi egyenlet akkor és csak akkor oldható meg az u, v T [x] polinomokra nézve, ha lnko(f, g) h Ha u 0, v 0 egy megoldás, akkor az általános megoldás u = u 0 + g lnko(f, g) t, ahol t T [x] tetsz legesen választható v = v 0 f lnko(f, g) t, 28 Deníció Az a T elem gyöke (más szóval zérushelye) az f T [x] polinomnak, ha f(a) = 0 29 Tétel (Bézout tétele) Bármely f T [x] és a T esetén f(a) = 0 x a f 30 Tétel (Horner-módszer) Legyen f = a n x n + +a 1 x+a 0 T [x] egy n-edfokú polinom és c T Ha a Horner-módszerrel elkészített táblázat alsó sorában álló számok b n,, b 1, b 0, azaz b n = a n, b i = b i+1 c + a i (i = n 1,, 0) akkor b 0 nem más, mint az f-nek az x c polinommal való osztásakor keletkez maradék, b n x n 1 + + b 2 x + b 1 pedig ugyanezen osztás hányadosa: f = (x c) (b n x n 1 + + b 2 x + b 1 ) + b 0 31 Deníció Az f T [x] polinomnak az a T elem k-szoros gyöke, ha (x a) k f, de (x a) k+1 f A k N számot az a gyök multiplicitásának nevezzük 32 Tétel Alkalmazzuk a Horner-módszert az f = a n x n + + a 1 x + a 0 T [x] polinomra és a c T konstansra, majd egészítsük ki a táblázatot egy újabb, az el z nél eggyel rövidebb sorral a szokásos Horner-módszer számolási szabályával Folytassuk újabb, egyre rövidebb sorokkal, míg végül egy háromszög alakú táblázatot kapunk: a n a n 1 a n 2 a 2 a 1 a 0 c d 0 c d 1 c d 2 c d n 2 c d n 1 c d n A táblázat jobb szélén átlósan elhelyezked számok megadják annak a polinomnak az együtthatóit, amelyet f-b l az x c határozatlanra való áttéréssel kapunk (természetesen d 0 = f(c) és d n = a n ): a n x n + + a 1 x + a 0 = d n (x c) n + + d 1 (x c) + d 0 A táblázatból az is kiolvasható, hogy c hányszoros gyöke f-nek: az a legkisebb k egész, amelyre d 0 = d 1 = = d k 1 = 0 és d k 0 33 Deníció A p T [x] polinom irreducibilis, ha legalább els fokú, és csak úgy bontható két polinom szorzatára, hogy az egyik tényez asszociált p-hez Ekkor a másik tényez szükségképpen asszociált 1-hez; az ilyen felbontást triviális faktorizációnak nevezzük 34 Deníció A p T [x] polinom prím, ha legalább els fokú, és valahányszor osztója egy szorzatnak, mindannyiszor osztója a szorzat egyik tényez jének 35 Tétel A prím és irreducibilis polinomok megegyeznek 4

36 Tétel Legyen T tetsz leges test Minden nemnulla f T [x] polinom felírható, mégpedig a tényez k sorrendjét l eltekintve egyértelm en, f = ap 1 p n alakban, ahol a T \ {0} az f f együtthatója, p 1,, p n T [x] pedig irreducibilis f polinomok 37 Tétel Bármley test felett minden els fokú polinom irreducibilis 38 Tétel Ha f T [x] irreducibilis és deg f 2, akkor f-nek nincsen gyöke 39 Tétel Bármely test feletti másod- vagy harmadfokú polinom akkor és csak akkor irreducibilis, ha nincs gyöke 40 Tétel (Az algebra alaptétele) Minden legalább els fokú komplex együtthatós polinomnak van gyöke a komplex számok testében 41 Következmény A komplex számok teste felett pontosan az els fokú polinomok az irreducibilisek 42 Következmény Minden legalább els fokú komplex együtthatós polinom els fokú polinomok szorzatára bomlik Ha f = a n x n + + a 1 x + a 0 C[x] ahol a n 0, akkor f-nek multiplicitással számolva pontosan n gyöke van Ha ezek a gyökök α 1,, α n C, akkor f = a n (x α 1 ) (x α n ) Ezt nevezzük az f polinom gyöktényez s felbontásának 43 Tétel (Viète-formulák) Legyenek az n-edfokú f = x n +a n 1 x n 1 + +a 1 x+a 0 C[x] fôpolinom gyökei α 1,, α n (mindegyiket annyiszor feltüntetve, amennyi a multiplicitása) Ekkor fennálnak a következ összefüggések: a n 1 = α 1 + α 2 + + α n, a n 2 = α 1 α 2 + α 1 α 3 + + α n 1 α n, ( 1) k a n k = 1 i 1 <i 2 < <i k n ( 1) n a 0 = α 1 α 2 α n α i1 α i2 α ik, 44 Tétel Ha f R[x] és ha f(z) = 0 valamely z C komplex számra, akkor f( z) = 0 45 Következmény Egy valós együtthatós polinom pontosan akkor irreducibilis R[x]-ben, ha els fokú, vagy olyan másodfokú polinom amelynek nincs valós gyöke 46 Következmény Minden páratlan fokszámú valós együtthatós polinomnak van valós gyöke 47 Tétel (Rolle tétele) Legyen f = a n x n + + a 1 x + a 0 egész együtthatós polinom, azaz f Z[x] Ekkor f minden racionális gyöke p q Q alakú, ahol p a 0 és q a n Speciálisan, egész együtthatós f polinom racionális gyökei mind egész számok 48 Következmény A legfeljebb harmadfokú Q[x]-beli polinomokról eldönthet, hogy irreducibilisek-e 49 Tétel (Schönemann-Eisenstein-féle irreducibilitási kritérium) Legyen f = a n x n + + a 1 x + a 0 egész együtthatós polinom, azaz f Z[x] Ha létezik olyan p prímszám, amelyre p a n, p a n 1,, p a 1, p a 0 és p 2 a 0, akkor f irreducibilis Q[x]-ben 5