Polynomy. Vlasnosti reálných čísel: Polynom v matematice můžeme chápat dvojím způsobem. 5. (komutativitaoperace )provšechnačísla a, b Rplatí

Podobné dokumenty
[1] Definice 1: Polynom je komplexní funkce p : C C, pro kterou. pro všechna x C. Čísla a 0, a 1,..., a n nazýváme koeficienty polynomu.

Polynomy. Mgr. Veronika Švandová a Mgr. Zdeněk Kříž, Ph. D. 1.1 Teorie Zavedení polynomů Operace s polynomy...

Věta o dělení polynomů se zbytkem

Lineární algebra : Polynomy

1 Mnohočleny a algebraické rovnice

1 Mnohočleny a algebraické rovnice

Lineární algebra : Polynomy

Polynomy nad Z p Konstrukce faktorových okruhů modulo polynom. Alena Gollová, TIK Počítání modulo polynom 1/30

)(x 2 + 3x + 4),

4C. Polynomy a racionální lomené funkce. Patří mezi tzv. algebraické funkce, ke kterým patří také funkce s odmocninami. Polynomy

Kapitola 7: Integrál.

POLYNOMY 1 Jan Malý UK v Praze a UJEP v Ústí n. L. 1. Přehled teorie

MATICE. a 11 a 12 a 1n a 21 a 22 a 2n A = = [a ij]

a a

Matematika 1A. PetrSalačaJiříHozman Fakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická Technická univerzita v Liberci

Pomocný text. Polynomy

Lineární algebra Operace s vektory a maticemi

Kapitola 7: Integrál. 1/17

Lineární prostory. - vektorové veličiny(síla, rychlost, zrychlení,...), skládání, násobení reálným číslem

z = a bi. z + v = (a + bi) + (c + di) = (a + c) + (b + d)i. z v = (a + bi) (c + di) = (a c) + (b d)i. z v = (a + bi) (c + di) = (ac bd) + (bc + ad)i.

Vlastní čísla a vlastní vektory

Polynomy a racionální lomené funkce

0.1 Úvod do lineární algebry

Operace s maticemi. 19. února 2018

[1] x (y z) = (x y) z... (asociativní zákon), x y = y x... (komutativní zákon).

ALGEBRA. 1. Pomocí Eukleidova algoritmu najděte největší společný dělitel čísel a a b. a) a = 204, b = 54, b) a = , b =

Úvod do lineární algebry

Lineární algebra : Lineární prostor

Základy matematiky pro FEK

4 Počítání modulo polynom

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Algebra. študenti MFF 15. augusta 2008

Základy matematické analýzy

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Vlastní čísla a vlastní hodnoty. študenti MFF 15. augusta 2008

Lineární algebra Kapitola 1 - Základní matematické pojmy

Matice. Předpokládejme, že A = (a ij ) je matice typu m n: diagonálou jsou rovny nule.

maticeteorie 1. Matice A je typu 2 4, matice B je typu 4 3. Jakých rozměrů musí být matice X, aby se dala provést

Charakteristika tělesa

Vektory a matice. Obsah. Aplikovaná matematika I. Carl Friedrich Gauss. Základní pojmy a operace

Lineární algebra Eva Ondráčková

Maticí typu (m, n), kde m, n jsou přirozená čísla, se rozumí soubor mn veličin a jk zapsaných do m řádků a n sloupců tvaru:

Hisab al-džebr val-muqabala ( Věda o redukci a vzájemném rušení ) Muhammada ibn Músá al-chvárizmího (790? - 850?, Chiva, Bagdád),

ALGEBRA. Téma 4: Grupy, okruhy a pole

Operace s maticemi

0.1 Úvod do lineární algebry

Zavedení a vlastnosti reálných čísel

ŘEŠENÍ NELINEÁRNÍCH ROVNIC

Matice. Modifikace matic eliminační metodou. α A = α a 2,1, α a 2,2,..., α a 2,n α a m,1, α a m,2,..., α a m,n

grupa těleso podgrupa konečné těleso polynomy komutativní generovaná prvkem, cyklická, řád prvku charakteristika tělesa

označme j = (0, 1) a nazvěme tuto dvojici imaginární jednotkou. Potom libovolnou (x, y) = (x, 0) + (0, y) = (x, 0) + (0, 1)(y, 0) = x + jy,

ŘEŠENÍ NELINEÁRNÍCH ROVNIC

BCH kódy. Alena Gollová, TIK BCH kódy 1/27

Vektorový prostor. Př.1. R 2 ; R 3 ; R n Dvě operace v R n : u + v = (u 1 + v 1,...u n + v n ), V (E 3 )...množina vektorů v E 3,

Okruhy, podokruhy, obor integrity, těleso, homomorfismus. 1. Rozhodněte, zda daná množina M je podokruhem okruhu (C, +, ): f) M = { a

Matematika (CŽV Kadaň) aneb Úvod do lineární algebry Matice a soustavy rovnic

2. V Q[x] dělte se zbytkem polynomy:

V předchozí kapitole jsme podstatným způsobem rozšířili naši představu o tom, co je to číslo. Nadále jsou pro nás důležité především vlastnosti

Základy aritmetiky a algebry II

Generující kořeny cyklických kódů. Generující kořeny. Alena Gollová, TIK Generující kořeny 1/30

Těleso racionálních funkcí

Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering Czech Technical University in Prague

MAT 1 Mnohočleny a racionální lomená funkce

Nechť M je množina. Zobrazení z M M do M se nazývá (binární) operace

Matice. Je dána matice A R m,n, pak máme zobrazení A : R n R m.

Aritmetika s didaktikou I.

Matematika I (KMI/5MAT1)

Okruh Lineární rovnice v Z m Těleso Gaussova eliminace (GEM) Okruh Z m. Jiří Velebil: X01DML 19. listopadu 2007: Okruh Z m 1/20

Algebraické struktury s jednou binární operací

15. Moduly. a platí (p + q)(x) = p(x) + q(x), 1(X) = id. Vzniká tak struktura P [x]-modulu na V.

Abstrakt. Bairstowovy iterační metody. V práci je odvozena Bairstowova metoda

a počtem sloupců druhé matice. Spočítejme součin A.B. Označme matici A.B = M, pro její prvky platí:

10. Vektorové podprostory

15 Maticový a vektorový počet II

1 Lineární prostory a podprostory

pro každé i. Proto je takových čísel m právě N ai 1 +. k k p

Odpřednesenou látku naleznete v kapitolách skript Abstraktní a konkrétní lineární algebra.

Dosud jsme se zabývali pouze soustavami lineárních rovnic s reálnými koeficienty.

Teorie grup 1 Příklad axiomatické teorie

6.1.2 Operace s komplexními čísly

9.2. Zkrácená lineární rovnice s konstantními koeficienty

VÝSLEDKY Písemný test z předmětu BI-LIN( ), varianta R

Kapitola 7: Neurčitý integrál. 1/14

VI. Maticový počet. VI.1. Základní operace s maticemi. Definice. Tabulku

Nejdřív spočítáme jeden příklad na variaci konstant pro lineární diferenciální rovnici 2. řádu s kostantními koeficienty. y + y = 4 sin t.

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LDF MT MATEMATIKA VEKTORY, MATICE

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LDF MT MATEMATIKA VEKTORY, MATICE

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ. Modernizace studijního programu Matematika na PřF Univerzity Palackého v Olomouci CZ.1.07/2.2.00/28.

8 Matice a determinanty

Primitivní funkce a Riemann uv integrál Lineární algebra Taylor uv polynom Extrémy funkcí více prom ˇenných Matematika III Matematika III Program

Petr Hasil. c Petr Hasil (MUNI) Množiny, číselné obory, funkce MA I (M1101) 1 / 125

Determinant matice řádu 5 budeme počítat opakovaným použitím rozvoje determinantu podle vybraného řádku nebo sloupce. Aby byl náš výpočet

ANOTACE nově vytvořených/inovovaných materiálů

Uspořádanou n-tici reálných čísel nazveme aritmetický vektor (vektor), ā = (a 1, a 2,..., a n ). Čísla a 1, a 2,..., a n se nazývají složky vektoru

1 Polynomiální interpolace

Teorie množin. Čekají nás základní množinové operace kartézské součiny, relace zobrazení, operace. Teoretické základy informatiky.

Základy maticového počtu Matice, determinant, definitnost

LDF MENDELU. Simona Fišnarová (MENDELU) LDR druhého řádu VMAT, IMT 1 / 22

8 Kořeny cyklických kódů, BCH-kódy

Komutativní a nekomutativní polookruhy ve školské matematice. Commutative and non-commutative semi-rings in educational mathematics

Texty k přednáškám z MMAN3: 4. Funkce a zobrazení v euklidovských prostorech

1. Matice a maticové operace. 1. Matice a maticové operace p. 1/35

Transkript:

Polynomy Vlasnosti reálných čísel: 1 (komutativitaoperace+)provšechnačísla a, b Rplatí, a+b=b+a 2 (asociativitaoperace+)provšechnačísla a, b, c Rplatí a+(b+c)=(a+b)+c, 3 (existencenulovéhoprvku)provšechnačísla a Rplatí a+0=0+a=a 4 (existenceopačnéhoprvku)kekaždémučíslu a Rexistuječíslo( a) Rtakové,že a+( a)=( a)+a=0 5 (komutativitaoperace )provšechnačísla a, b Rplatí a b=b a 6 (asociativitaoperace )provšechnačísla a, b, c Rplatí a (b c)=(a b) c 7 (existence jednotkového prvku) pro všechna čísla a R platí a 1=1 a=a 8 (existenceinversníhoprvku)kekaždémučíslu a R \ {0}existuječíslo a 1 R \ {0}takové,že a a 1 = a 1 a=1 9 (distributivitanásobenívzhledemkesčítání)provšechnačísla a, b, c Rplatí a (b+c)=(a b)+(a c) (a+b) c=(a c)+(b c) Množina reálných čísel s těmito dvěma operacemi tvoří komutativní těleso Polynom v matematice můžeme chápat dvojím způsobem - funkce-polynomiální forma Polynomjereálnáfunkce freálnéproměnnétaková,žeexistujíreálnáčísla a 0,, a n taková,žeprovšechna x Rplatí f(x)=a n x n + a n 1 x n 1 + +a 1 x+a 0 Rovnostsepakzavádíjakorovnostfunkcí,součet jakosoučetfunkcí,součinjakosoučinfunkcí, - algebraický výraz 1DefiniceNechť a 0, a 1,, a n 1, a n jsoureálnáčíslaalgebraickývýraz a n x n + a n 1 x n 1 + +a 1 x+a 0, cožstručnězapisujeme a i x i, nazveme(reálný) polynom(vproměnné x),čísla a 0, a 1,, a n nazývámekoeficienty polynomu, hodnota polynomuvbodě x 0 Rjereálnéčíslo,kterédostaneme,kdyžzaproměnnou xdosadímečíslo x 0 Nulový polynom O(x) je polynom, jehož všechny koeficienty jsou rovny nule

2PoznámkaKoeficientymohoubýtinulové,tyvětšinounezapisujemeMísto x 3 +0x 2 +2x 1píšeme x 3 +2x 1 3 DefiniceNechť P(x) = a n x n + a n 1 x n 1 + +a 2 x 2 + a 1 x+a 0 jepolynomstupeňpolynomu P (označujemestp)jenejvětší m Ntakové,že a m 0Stupeňnulovéhopolynomupoložímeroven 1 Polynom nultého stupně se nazývá konstantní, prvního stupně lineární, druhého stupně kvadratický a třetího stupně kubický 4 Definice Řekneme, že se polynomy P(x)= a i x i a Q(x)= m b i x i soběrovnají,jestližemajístejnýstupeň(stp=stq=k)anavíc a i = b i provšechna,1,, k 5 Poznámka Platí tedy, že x 3 +2x 1=x 3 +0x 2 +2x 1=0x 4 + x 3 +2x 1= =0x 4 + x 3 +0x 2 +2x 1=0x 5 +0x 4 + x 3 +2x 1= Takovéto natahování polynomůsenámmůžehodit,kdyžtřebapotřebujeme,abypolynommělurčitou délku Operace s polynomy 6DefiniceSoučetpolynomů:Nechť P(x)=a n x n + +a 1 x+a 0 a Q(x)=b m x m + +b 1 x+b 0 jsou polynomyanechť m npoložme b i =0pro i=m+1,,nsoučtempolynomů P(x)aQ(x)nazveme polynom(p + Q)(x) definovaný (P+ Q)(x)=(a n + b n )x n + +(a 1 + b 1 )x+(a 0 + b 0 )= 7 Pozorování Vlastnosti sčítání polynomů (a i + b i )x i 1 Sčítánípolynomůjekomutativní,tedyprokaždédvapolynomy P, Qplatí,že P+ Q=Q+P 2 Sčítánípolynomůjeasociativní,tedyprokaždétřipolynomy P, Q, Rplatí,že(P+Q)+R=P+(Q+R) 3 Nulovýpolynomjeneutrálnívzhledemkesčítání,tedyprojakýkolipolynom Pplatí,že P+ O=P= O+ P 4 Kekaždémupolynomu Pexistujeopačnýpolynom Ptakový,žeplatí P+( P)=O=( P)+P Množina všech polynomů s operací sčítání tvoří komutativní grupu, místo komutativní se také často říká Abelova podle norského matematika Nielse Henrika Abela 8 Poznámka Zřejmě platí, že koeficienty polynomu( P(x)) jsou opačná čísla ke koeficientům polynomu P(x),tedy ( P(x))= a n x n a n 1 x n 1 a 2 x 2 a 1 x a 0 = ( a i )x i Díky poslední vlastnosti můžeme také definovat odčítání polynomů jako přičítání opačného polynomu, tedy (P Q)(x)=(P+( Q))(x) 9 Definice Násobení polynomu číslem: Nechť P(x)=a n x n + +a 1 x+a 0 je polynom, α(reálné) číslo α-násobkem polynomu P(x) nazveme polynom(α P)(x) definovaný (α P)(x)=α a n x n + +α a 1 x+α a 0 = (α a i )x i

10 Pozorování Pro jakékoli polynomy P, Q a jakákoli(reálná) čísla α, β platí 1 α (β P)=(αβ) P 2 (α+β) P= α P+ β P 3 α (P+ Q)=α P+ α Q 4 1 P= P 5 0 P= O 11 Poznámka Těchto pět vlastností spolu s vlastnostmi 1 a 2 součtu polynomů jsou přesně axiomy lineárního prostoru(který budeme definovat později) Ve vhodnou dobu si připomeneme, že množina všech polynomů s operacemi sčítání a násobení reálným číslem tvoří lineární prostor 12DefiniceSoučinpolynomů:Nechť P(x)=a n x n + +a 1 x+a 0 a Q(x)=b m x m + +b 1 x+b 0 jsou polynomypoložme a i =0pro i=n+1,, n+mab i =0pro i=m+1,,m+nsoučinempolynomů P(x)aQ(x)nazvemepolynom(P Q)(x)definovaný kdepro k=0,1,2,, m+nje (P Q)(x)=c m+n x m+n + +c 1 x+c 0 = c k = a 0 b k + a 1 b k 1 + +a k 1 b 1 + a k b 0 = m+n k=0 c k x k, k a i b k i 13 Pozorování Vlastnosti násobení polynomů 1 Násobenípolynomůjekomutativní,tedyprokaždédvapolynomy P, Qplatí,že P Q=Q P 2 Násobenípolynomůjeasociativní,tedyprokaždétřipolynomy P, Q, Rplatí,že(P Q) R=P (Q R) 3 Polynom E(x) = 1(konstantní jednička) je neutrální vzhledem k násobení, tedy pro jakýkoli polynom Pplatí,že P E= P= E P 4 Násobení polynomů je distributivní vzhledem ke sčítání, to znamená, že pro každé tři polynomy P, Q, R platí (a) P (Q+R)=P Q+P R (b) (P+ Q) R=P R+Q R 14 Poznámka Množina všech polynomů s operacemi sčítání a násobení tvoří komutativní okruh s jednotkou 15 Pozorování Pro polynomy P, Q platí: 1 st(p+ Q) max{stp,st Q} 2 st(α P)=stP pro α 0, st(0 P)= 1 3 st(p Q)=stP+stQ,pokudjsouobapolynomynenulové,vopačnémpřípadějestupeňroven 1 16VětaDělenípolynomůsezbytkem:Kekaždýmdvěmapolynomům Pa Q,kdepolynom Qjenenulový, existujípolynomy Y a Ztakové,že Tyto polynomy jsou určeny jednoznačně P= Y Q+Z a stz < stq Důkaz tohoto tvrzení má dvě části Je třeba dokázat jak existenci těchto dvou polynomů(algoritmus dělení), tak jednoznačnost

Hornerovo schema 17 Algoritmus pro výpočet hodnoty polynomu pro nějaké číslo s minimálním počtem násobení Polynom zapíšeme trochu jiným způsobem Platí totiž Tedy Položme Zřejmě Také platí, že P(x)=a n x n + a n 1 x n 1 + +a 2 x 2 + a 1 x+a 0 = =(a n x n 1 + a n 1 x n 2 + +a 2 x+a 1 ) x+a 0 = =((a n x n 2 + a n 1 x n 3 + +a 2 ) x+a 1 ) x+a 0 = = =(( (a n x+a n 1 )x+ +a 2 )x+a 1 )x+a 0 P(x 0 )=(( (a n x 0 + a n 1 )x 0 + +a 2 )x 0 + a 1 )x 0 + a 0 b n = a n b n 1 = b n x 0 + a n 1 = a n x 0 + a n 1 b 1 = b 2 x 0 + a 1 = ( (a n x 0 + a n 1 )x 0 + +a 2 )x 0 + a 1 b 0 = b 1 x 0 + a 0 = (( (a n x 0 + a n 1 )x 0 + +a 2 )x 0 + a 1 )x 0 + a 0 P(x 0 )=b 0 P(x)=(x x 0 )(b n x n 1 + b n 1 x n 2 + +b 2 x+b 1 )+b 0, což můžeme ověřit pomocí algoritmu pro dělení polynomů Hornerovo schema je tabulka, která má tři řádky V prvním řádku jsou zapsány koeficienty polynomu P(x) (včetněnulových)dotřetíhořádkubudemepostupnězapisovatkoeficienty b i,nejprve b n = a n potom vždyckytak,ženejprvedodruhéhořádkuzapíšeme b i+1 x 0,koeficient b i jepaksoučtemčíselvprvníma druhém řádku Schema tedy vypadá takto a n a n 1 a n 2 a 2 a 1 a 0 x 0 b n x 0 b n 1 x 0 b 3 x 0 b 2 x 0 b 1 x 0 b n b n 1 b n 2 b 2 b 1 b 0 18PříkladUžitímHornerovaschematuspočtětehodnotupolynomu P(x)=3x 4 2x 2 5x+1pročíslo x 0 =2 3 0 2 5 1 2 6 12 20 30 3 6 10 15 31 Tedy P(2)=31 Kořeny polynomů V této části musíme pojem polynomu rozšířit na komplexní polynom Budeme se nadále zajímat především opolynomyreálné,alebudemesenanědívatjakonapolynomykomplexnítolze,protožekaždéreálné číslo je také číslem komplexním(s nulovou imaginární částí) 19 Definice Nechť P(x) je nenulový(komplexní) polynom Řekneme, že komplexní číslo α je kořenem polynomu P,jestliže P(α)=0 20TvrzeníKomplexníčíslo αjekořenempolynomu P(x)právětehdy,kdyžjepolynom P(x)bezezbytku dělitelný polynomem(x α) 21 Definice Řekneme, že(komplexní) číslo α je k-násobným kořenem polynomu P(x), jestliže k je největší přirozenéčíslotakové,že P(x)jebezezbytkudělitelnýpolynomem(x α) k 22 Poznámka Tato definice vyhovuje i případu, kdy dané číslo není kořenem polynomu, je totiž 0-násobným kořenem Místo o jednonásobném kořenu mluvíme většinou o jednoduchém kořenu 23 Pozorování(Komplexní) číslo α je k-násobným kořenem polynomu P(x) právě tehdy, když existuje polynom Q(x)takový,že P(x)=Q(x) (x α) k a Q(α) 0

24 Základní věta algebry: Každý(komplexní) polynom alespoň prvního stupně má alespoň jeden(komplexní) kořen 25 Důsledek Nenulový polynom n-tého stupně má právě n kořenů, počítáme-li každý kořen tolikrát, kolik je jeho násobnost 26 Tvrzení Rozklad polynomu na součin kořenových činitelů(resp kořenových polynomů) Každý polynom můžeme zapsat ve tvaru P(x)=a n (x α s ) ks (x α 2 ) k2 (x α 1 ) k1, kde α 1,,α r jsoukořenypolynomu P(x), k 1,, k r jsounásobnostitěchtokořenú 27Důsledek(základnívětyalgebry):Nechť P a Qjsoupolynomystupněnejvýše n-tého, α 1,, α n+1 navzájemrůznákomplexníčíslataková,že P(α i )=Q(α i )provšechna i=1,,n+1potom P= Q 28VětaNechť P(x)jepolynomsreálnýmikoeficientyakomplexníčíslo a+bi, b 0jejeho k-násobný kořen Pak také komplexně sdružené číslo a bi, je k-násobným kořenem polynomu P(x) 29 Důsledek Reálný polynom lichého stupně má vždy aspoň jeden reálný kořen 30 Definice Reálný polynom nazveme ireducibilní, jestliže se nedá zapsat jako součin dvou reálných polynomů alespoň prvního stupně 31 Tvrzení Ireducibilní reálné polynomy jsou všechny polynomy prvního stupně a ty polynomy druhého stupně, které mají pouze komplexní kořeny 32 Tvrzení Rozklad polynomu na součin ireducibilních reálných polynomů Každý reálný polynom můžeme zapsat ve tvaru P(x)=a n (x α 1 ) k1 (x α r ) kr (x 2 + p 1 x+q 1 ) l1 (x 2 + p t x+q t ) lt, kde α 1,,α r jsoureálnékořenypolynomu P(x)a(x 2 + p 1 x + q 1 ),,(x 2 + p t x+q t )jsousoučiny kořenových polynomů odpovídajících vždy dvěma komplexně sdruženým kořenům 33 Poznámka Hledání kořenů polynomů je obecně velmi těžké Dokonce neexitují žádné obecné postupy, jak najít kořeny polynomů pátého a vyšších stupňů(abel) Kořeny kvadratických polynomů(pouze kladné) uměli najít už arabští matematici(al-khwarizmí: Al-kitáb al-mukhtasar fi hisab al-jabr wa-l-muqabala(829)) Vzorce pro kořeny polynomů 3 a 4 stupně publikoval v díle Ars magna(1545) Gerolamo Cardano(odtud Cardanovy vzorce), který ale nebyl jejich objevitelem Někdy můžeme využít specifických vlastností určitého typu polynomů(binomické, reciproké,) Někdy nám může pomoci následující tvrzení 34TvrzeníNechť P(x)jepolynomsceločíselnýmikoeficientystupně n 1aracionálníčíslo p q,kde paq jsounesoudělnáčísla,jejehokořenpotom pmusídělitabsolutníčlen a 0 a qmusídělitkoeficientunejvyšší mocniny,tj a n