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गणित · शब्दावली

अवकलज, बहुलता क्या है?

अन्य नाम: मूल की बहुलता

परिभाषा 8.10 विश्वविद्यालय गणित — स्नातक वर्ष 1 · अध्याय 8 — बहुपद

P=akXkP = \sum a_k X^k का औपचारिक अवकलज P=k1kakXk1P' = \sum_{k \geq 1} k\,a_k X^{k-1} है; वह सामान्य नियम (P+Q)=P+Q(P+Q)' = P' + Q', (PQ)=PQ+PQ(PQ)' = P'Q + PQ' संतुष्ट करता है (एकपदों पर जाँचा गया और रैखिकता से विस्तारित)। PP के मूल aa की बहुलता m1m \geq 1 तब है जब (Xa)mP(X-a)^m \mid P हो पर (Xa)m+1P(X-a)^{m+1} \nmid P न हो; मूल m=1m = 1 होने पर सरल और m2m \geq 2 होने पर बहु कहलाता है।

उदाहरण

उदाहरण 8.12 (बहुलता की संगणना)

P=X45X3+6X2+4X8P = X^4 - 5X^3 + 6X^2 + 4X - 8 में मूल 22 की बहुलता क्या है? 22 पर क्रमिक अवकलजों का मान लीजिए:

P(2)=1640+24+88=0,P(2)=3260+24+4=0,P(2) = 16 - 40 + 24 + 8 - 8 = 0, \qquad P'(2) = 32 - 60 + 24 + 4 = 0,
P(2)=4860+12=0,P(2)=4830=180P''(2) = 48 - 60 + 12 = 0, \qquad P'''(2) = 48 - 30 = 18 \neq 0

(जहाँ P=4X315X2+12X+4P' = 4X^3 - 15X^2 + 12X + 4, P=12X230X+12P'' = 12X^2 - 30X + 12, P=24X30P''' = 24X - 30)। तीन लुप्त मान और फिर एक अशून्य: अतः बहुलता ठीक 33। भाग देने पर P=(X2)3(X+1)P = (X - 2)^3(X + 1) — जिसकी जाँच (X2)3=X36X2+12X8(X-2)^3 = X^3 - 6X^2 + 12X - 8 का प्रसार करके और X+1X + 1 से गुणा करके की जा सकती है। सार: बहुलताएँ मानों से पढ़ी जाती हैं, किसी गुणनखंडन की आवश्यकता नहीं — और ठीक इसी तरह उन्हें तब पकड़ा जाता है जब गुणनखंडन पहुँच से बाहर हो।

उदाहरण 8.13 (महत्तम समापवर्तक से बहु मूल पकड़ना)

जब कोई मूल ज्ञात न हो, तब भी प्रतिज्ञप्ति 8.11 एक समग्र बहु-मूल संसूचक देता है: aa PP का बहु मूल है तभी जब वह PP और PP' का उभयनिष्ठ मूल हो, अतः PP का (किसी C\C में) बहु मूल है तभी जब gcd(P,P)1\gcd(P, P') \neq 1 — और यह यूक्लिडीय कलनविधि से, बिना कुछ हल किए, संगणनीय है। नमूना: P=X33X+2P = X^3 - 3X + 2, P=3X23=3(X1)(X+1)P' = 3X^2 - 3 = 3(X - 1)(X + 1)PP के भीतर PP' के मूल ±1\pm1 जाँचिए: P(1)=0P(1) = 0, पर P(1)=4P(-1) = 4, अतः

gcd(P,P)=X1:\gcd(P, P') = X - 1 :

मूल 11 बहु है; दो बार भाग देने पर P=(X1)2(X+2)P = (X - 1)^2(X + 2)महत्तम समापवर्तक तो बहु मूलों का पूरा समुच्चय बता देता है, प्रत्येक की बहुलता एक कम करके — यही तथ्य हर संगणक-बीजगणित प्रणाली किसी भी मूल-खोज से पहले “वर्ग-मुक्त गुणनखंडन” के लिए प्रयोग करती है, और यह अभ्यास 8.9 के बहु-मूल-रहित तर्कों का बहुपदीय जुड़वाँ है।

उदाहरण 8.17

अभ्यास 3.5 में X4+4X^4 + 4 का R\R पर गुणनखंडन चारों सम्मिश्र मूलों ±1±i\pm 1 \pm \iu को युग्मित करके किया गया था: X4+4=(X22X+2)(X2+2X+2)X^4 + 4 = (X^2 - 2X + 2)(X^2 + 2X + 2)। कोई भी द्विघात R\R पर नहीं टूटता (विविक्तकर 4-4)। ध्यान दीजिए: अखंडनीय वास्तविक बहुपद की घात 11 या 22 होती है — गुणनखंडन प्रमेय ठीक यही कहती है। वही संयुग्मी-युग्मन X4+1X^4 + 1 पर चलाइए, जिसके मूल e±iπ/4\eu^{\pm\iu\pi/4} और e±3iπ/4\eu^{\pm3\iu\pi/4} हैं: प्रत्येक जोड़ा X22cosθX+1X^2 - 2\cos\theta\,X + 1 का योगदान करता है, अतः

X4+1=(X22X+1)(X2+2X+1),X^4 + 1 = \bigl(X^2 - \sqrt2\,X + 1\bigr) \bigl(X^2 + \sqrt2\,X + 1\bigr) ,

यह ऐसी सर्वसमिका है जो Q\Q पर भोले गुणनखंडन-प्रयासों को दिखाई नहीं देती — यही वास्तविक (यहाँ तो अपरिमेय) गुणांकों पर अड़े रहने की कीमत है, और अध्याय 15 में 1x4+1\frac1{x^4 + 1} के समाकलन के लिए एक मानक निवेश।

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