《線性代數應該這樣學》解讀「14」

2020-12-06 工科學習乾貨

實際上到目前為止,我們的線性代數學習,都是理解概念為主,真正涉及到計算還比較少,當然以後會有一些矩陣的計算。理解概念講究準確且通俗易懂,這也是我們這一系列文章的初心。

今天呢我們先學習一下與多項式有關的一些知識,休息一下,(其實學習多項式也是打基礎)明天再開始很重要的一章:本徵值和本徵向量。

4.1次數和根

我們規定多項式的次數就是次數最高項的次數,這很便於以後的深入。

根實際上就是使得多項式的值等於0的自變量的值。也可以說是方程的解。

大家對這兩個概念應該比較熟悉,因為初等數學的代數部分就一直在講這兩個事情嘛,我們直接來看要學習的新的定理。

4.2根的存在引理

命題:設p∈P(F)是m次多項式: m≥1.令λ∈F,則λ是p的根若且唯若存在m-1次多項式q∈P(F)使得p(z)=(z-入)q(z),z∈ F。

證明:證明的一個方面是顯然的,即假設存在多項式q∈P(F)使得等式成立,則

p(λ)= (λ- λ)q(λ)=0,因此λ是p的根。

要證明另一個方面,就比較複雜了。

設λ∈F是ρ的根.令a0,……,am∈ F,使得am≠0並且

因為p(λ)=0,所以

兩式相減:

現在我們告訴大家一個重要的事實:對於任何n,a^n-b^n可以分解出a-b;a^n+b^n只有n為奇數的時候可以分出a+b。所以請看:

這就得證了。

證明了多項式根是怎麼存在的,我們再來證明多項式最多有多少個根:

4.3多項式最多可以有多少個根?

p∈P(F)是m次多項式,m≥0,則p在F中最多有m個互不相同的根。

這麼巧合?還真是!

證明:若m=0,則p(z)=a0≠0,故p沒有根。若m= 1,則p=a0+a1*z,其中a1≠0,故p恰好有一個根,即-a0/a1。現在設m> 1。對m用歸納法,假設每個m- 1次多項式最多有m-1個不同的根。如果p在F中沒有根,則結論成立。如果p有一個根λ∈F,則由4.1,存在一一個m-1次多項式q使得

p(z)=(z一λ)q(z),z∈ F。

上面的等式表明:若p(x)=0,則z= λ或者q(z)=0.也就是說,p的根是由λ和q的根組成的。由歸納法假設: q在F中至多有m- 1個不同的根.因此p在F中至多有m個根。

歸納法:歸納法是我們解決與正整數有關的命題的一種策略,即我們先證明第一項成立,然後假定第k項成立的時候去導出第k+1項成立。那就對所有正整數成立。

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