Применение уравнений широко распространено в нашей жизни. Они используются во многих расчетах, строительстве сооружений и даже спорте. Уравнения человек использовал еще в древности и с тех пор их применение только возрастает. Многочлен представляет собой алгебраическую сумму произведений чисел, переменных и их степеней. Преобразование многочленов обычно включает два вида задач. Выражение требуется либо упростить, либо разложить на множители, т.е. представить его в виде произведения двух или нескольких многочленов или одночлена и многочлена.
Чтобы упростить многочлен, приведите подобные слагаемые. Пример. Упростите выражение \ Найдите одночлены с одинаковой буквенной частью. Сложите их. Запишите полученное выражение: \ Вы упростили многочлен.
В задачах, которые требуют разложения многочлена на множители, определите общий множитель данного выражения. Для этого сначала вынесите за скобки те переменные, которые входят в состав всех членов выражения. Причем эти переменные должны иметь наименьший показатель. Затем вычислите наибольший общий делитель каждого из коэффициентов многочлена. Модуль полученного числа будет коэффициентом общего множителя.
Пример. Разложите на множители многочлен \ Вынесите за скобки \ т.к. переменная m входит в каждый член данного выражения и ее наименьший показатель равен двум. Вычислите коэффициент общего множителя. Он равен пяти. Таким образом, общий множитель данного выражения равен \ Отсюда: \
Где можно решить уравнение многочлена онлайн?
Решить уравнение вы можете на нашем сайте https://сайт. Бесплатный онлайн решатель позволит решить уравнение онлайн любой сложности за считанные секунды. Все, что вам необходимо сделать - это просто ввести свои данные в решателе. Так же вы можете посмотреть видео инструкцию и узнать, как решить уравнение на нашем сайте. А если у вас остались вопросы, то вы можете задать их в нашей групе Вконтакте http://vk.com/pocketteacher. Вступайте в нашу группу, мы всегда рады помочь вам.
Пусть даны ненулевые многочлены f(x) и φ(x). Если остаток от деления f(x) на φ(х) равен нулю, то многочлен φ(х) называется делителем многочлена f(х). Имеет место следующее утверждение: многочлен φ(х) тогда и только тогда будет делителем многочлена f(х), когда существует многочлен ψ(х), удовлетворяющий равенству f(х)=φ(х)ψ(х). Многочлен φ(х) называется общим делителем произвольных многочленов f(x) и g(x), если он является делителем каждого из этих многочленов. Согласно свойствам делимости, к числу общих делителей многочленов f(x) и g(x) принадлежат все многочлены нулевой степени. Если эти многочлены не имеют других общих делителей, то их называют взаимно простыми и записывают (f(x), g(x))=1. В общем же случае многочлены f(x) и g(x) могут обладать общими делителями, зависящими от х.
Как и для целых чисел, для многочленов вводится понятие их наибольшего общего делителя. Наибольшим общим делителем отличных от нуля многочленов f(x) и g(x) называется такой их общий делитель d(x), который делится на любой общий делитель этих многочленов. Наибольший общий делитель многочленов f(x) и g(x) обозначают символами НОД, d(x), (f(x), g(x)). Заметим, что такое определение НОД имеет место и для целых чисел, хотя чаще используется другое, известное всем студентам.
В связи с этим определением возникает ряд вопросов:
1. Существует ли НОД для произвольных ненулевых многочленов f(x) и g(x)?
2. Как найти НОД многочленов f(x) и g(x)?
3. Сколько наибольших общих делителей имеют многочлены f(x) и g(x)? И как найти их?
Существует способ нахождения НОД целых чисел, называемый алгоритмом последовательного деления или алгоритмом Евклида. Он применим и к многочленам, состоит в следующем.
Алгоритм Евклида. Пусть даны многочлены f(x) и g(x), степень f(х)≥степени g(x). Делим f(x) на g(x), получаем остаток r 1 (x). Делим g(x) на r 1 (x), получаем остаток r 2 (x). Делим r 1 (x) на r 2 (x). Так продолжаем деление до тех пор, пока не совершится деление нацело. Тот остаток r k (x), на который нацело делится предыдущий остаток r k -1 (x), и будет наибольшим общим делителем многочленов f(x) и g(x).
Сделаем следующее замечание, полезное при решении примеров. Применяя алгоритм Евклида к многочленам для нахождения НОД, мы можем, чтобы избежать дробных коэффициентов, умножить делимое или сократить делитель на любое не равное нулю число, причем, не только начиная какое-либо из последовательных делений, но и в процессе самого этого деления. Это будет приводить к искажению частного, но интересующие нас остатки будут приобретать лишь некоторый множитель нулевой степени, что, как мы знаем, допускается при разыскивании делителей.
Пример 1.
Найти НОД многочленов f(x)=x 3 –x 2 –5x–3,
g(x)=x 2 +x–12. Делим f(x) на g(x):
Первый остаток r 1 (x) после сокращения на 9 будет х–3. Делим g(x) на r 1 (x):
.
Деление произошло нацело. Следовательно, r 1 (x)=х–3 есть НОД многочленов x 3 –x 2 –5x–3 и x 2 +x–12.
Пример 2.
Найти НОД многочленов f(x)=3x 3 +2x 2 –4x–1,
g(x)=5x 3 –3x 2 +2x–4. Умножаем f(x) на 5 и делим 5f(x) на g(x):
Первый остаток r 1 (x) будет 19х 2 –26х+7. Делим g(x) на первый остаток, предварительно умножив g(x) на 19:
Умножаем на 19 и продолжаем деление:
Сокращаем на 1955 и получаем второй остаток r 2 (x)=х-1. Делим r 1 (x) на r 2 (x):
.
Деление совершилось нацело, следовательно, r 2 (x)=х-1 есть НОД многочленов f(x) и g(x).
Пример 3.
Найти НОД многочленов f(x)=3x 3 –x 2 +2x–4,
g(x)=x 3 –2x 2 +1.
. 
.
.
Ответ: (f(x), g(x))=х–1.
Этот способ нахождения НОД показывает, что если многочлены f(x) и g(x) имеют оба рациональные или действительные коэффициенты, то и коэффициенты их наибольшего общего делителя также будут рациональными или, соответственно, действительными.
Многочлены f(x), g(x) и d(x) связаны следующим соотношением, которое часто используется в различных вопросах и описывается теоремой.
Если d(x) есть наибольший общий делитель многочленов f(x) и g(x), то можно найти такие многочлены u(x) и v(x), что f(x)u(x)+g(x)v(x)=d(x). Можно считать при этом, если степени многочленов f(x) и g(x) больше нуля, то степень u(x) меньше степени g(x), а степень v(x) меньше степени f(x).
Покажем на примере, как найти многочлены u(x) и v(x) для заданных многочленов f(x) и g(x).
Пример 4. Найти многочлены u(x) и v(x) так, чтобы f(x)u(x)+g(x)v(x)=d(x), если
A) f(x)=х 4 -3х 3 +1, g(x)=х 3 -3х 2 +1;
B) f(x)=х 4 -х 3 +3х 2 -5х+2, g(x)=х 3 +х-2.
А. Находим НОД многочленов f(x) и g(x), пользуясь алгоритмом Евклида, только теперь в процессе деления нельзя производить сокращение и домножение на подходящие числа, как мы делали в примерах 1, 2, 3.
(1) 
(2)
Таким образом, общим делителем многочленов f(x) и g(x) является –1.
Согласно произведенному делению записываем равенства:
f(x)=g(x)х+(–х+1) (1 *)
g(x)=(–х+1)(–х 2 +2х+2)–1 . (2 *)
Из равенства (2 *) выразим d(x)= –1=g(x)–(–x+1)(–x 2 +2x+2). Из равенства (1 *) находим –х+1=f(x)–g(x)х и подставляем его значение в равенство (2 *): d(x)= –1=g(x)–(f(x)–g(x)х)(–x 2 +2x+2).
Теперь группируем слагаемые в правой части относительно f(x) и g(x):
d(x)= –1=g(x)–f(x)(–x 2 +2x+2)+g(x)x(–x 2 +2x+2)=f(x)(x 2 –2x–2)+g(x)(1–x 3 +2x 2 +2x)=f(x)(x 2 –2x–2)+g(x)(–x 3 +2x 2 +2x+1).
Следовательно, u(x)=x 2 –2x–2, v(x)= –x 3 +2x 2 +2x+1.
Наибольшим общим делителем многочленов f(x) и g(x) является многочлен 2х-2. Выражаем его, используя равенства (1) и (2):
Ответ:
ВАРИАНТЫ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
Вариант 1
1. Найти НОД многочленов:
а) х 4 –2х 3 –х 2 –4х–6, 2х 4 –5х 3 +8х 2 –10х+8.
б) (х–1) 3 (х+2) 2 (2х+3), (х–1) 4 (х+2)х.
f(x)=х 6 -4х 5 +11х 4 -27х 3 +37х 2 -35х+35,
g(x)=х 5 -3х 4 +7х 3 -20х 2 +10х-25.
Вариант 2
1. Найти НОД многочленов:
а) х 4 -3х 3 -3х 2 +11х-6, х 4 –5х 3 +6х 2 +х-3.
б) (2х+3) 3 (х-2) 2 (х+1) и его производной.
2. Найти многочлены u(x) и v(x) так, чтобы f(x)u(x)+g(x)v(x)=d(x), d(x)=(f(x),g(x)), если
f(x)=3х 7 +6х 6 -3х 5 +4х 4 +14х 3 -6х 2 -4х+4, g(x)=3х 6 -3х 4 +7х 3 -6х+2.
Вариант 3
1. Найти НОД многочленов:
а) 2х 4 +х 3 +4х 2 -4х-3, 4х 4 -6х 3 -4х 2 +2х+1.
б) (х+1) 2 (2х+4) 3 (х+5) 5 , (х-2) 2 (х+2) 4 (х-1).
2. Найти многочлены u(x) и v(x) так, чтобы f(x)u(x)+g(x)v(x)=d(x), d(x)=(f(x), g(x)), если
f(x)=3х 3 -2х 2 +2х+2, g(x)=х 2 -х+1.
Вариант 4
1. Найти НОД многочленов:
а) 3х 4 -8 3 +7х 2 -5х+2, 3х 4 -2х 3 -3х 2 +17х-10.
б) (х+7) 2 (х-3) 3 (2х+1) и его производной.
2. Найти многочлены u(x) и v(x) так, чтобы f(x)u(x)+g(x)v(x)=d(x), d(x)=(f(x), g(x)), если
f(x)=х 4 -х 3 -4х 2 +4х+1, g(x)=х 2 -х-1.
Вариант 5
1. Найти НОД многочленов:
а) 2х 4 -3х 3 -х 2 +3х-1, х 4 +х 3 -х-1.
б) х 4 (х-1) 2 (х+1) 3 , х 3 (х-1) 3 (х+3).
2. Найти многочлены u(x) и v(x) так, чтобы f(x)u(x)+g(x)v(x)=d(x), d(x)=(f(x), g(x)), если
f(x)=3х 5 +5х 4 -16х 3 -6х 2 -5х-6, g(x)=3х 4 -4х 3 -х 2 -х-2.
Вариант 6
1. Найти НОД многочленов:
а) х 4 -2х 3 +4х 2 -2х+3, х 4 +5х 3 +8х 2 +5х+7.
б) х 3 (х+1) 2 (х-1) и его производной.
2. Найти многочлены u(x) и v(x) так, чтобы f(x)u(x)+g(x)v(x)=d(x), d(x)=(f(x), g(x)), если
f(x)=х 5 -5х 4 -2х 3 +12х 2 -2х+12, g(x)=х 3 -5х 2 -3х+17.
Вариант 7
1. Найти НОД многочленов:
а) х 4 +3х 3 -3х 2 +3х-4, х 4 +5х 3 +5х 2 +5х+4.
б) (2х+1)(х-8)(х+1), (х 3 +1)(х-1) 2 х 3 .
2. Найти многочлены u(x) и v(x) так, чтобы f(x)u(x)+g(x)v(x)=d(x), d(x)=(f(x), g(x)), если
f(x)=4х 4 -2х 3 -16х 2 +5х+9, g(x)=2х 3 -х 2 -5х+4.
Вариант 8
1. Найти НОД многочленов:
а) х 4 -3х 3 -2х 2 +4х+6, 2х 4 -6х 3 +2х 2 -7х+3.
б) (х 3 -1)(х 2 -1)(х 2 +1), (х 3 +1)(х-1)(х 2 +2).
2. Найти многочлены u(x) и v(x) так, чтобы f(x)u(x)+g(x)v(x)=d(x), d(x)=(f(x), g(x)), если
f(x)=2х 4 +3х 3 -3х 2 –5х+2, g(x)=2х 3 +х 2 -х-1.
Вариант 9
1. Найти НОД многочленов:
а) 2х 4 +х 3 -5х 2 +3х+2, 3х 4 +8х 3 +3х 2 -3х-2.
б) (х 3 +1)(х+1) 2 (2х+3) и его производной.
2. Найти многочлены u(x) и v(x) так, чтобы f(x)u(x)+g(x)v(x)=d(x), d(x)=(f(x), g(x)), если
f(x)=3х 4 -5х 3 +4х 2 –2х+1, g(x)=3х 3 -2х 2 +х-1.
Вариант 10
1. Найти НОД многочленов:
а) х 4 -5х 3 +7х 2 -3х+2, 2х 4 -х 3 -7х 2 +3х-2.
б) (х+1)(х 2 -1)(х 3 +1), (х 3 -1)(х 2 +х)х.
2. Найти многочлены u(x) и v(x) так, чтобы f(x)u(x)+g(x)v(x)=d(x), d(x)=(f(x), g(x)), если
f(x)=х 5 +5х 4 +9х 3 +7х 2 +5х+3, g(x)=х 4 +2х 3 +2х 2 +х+1.
2015-2020 lektsii.org -
ДЕЛЕНИЕ МНОГОЧЛЕНОВ. АЛГОРИТМ ЕВКЛИДА
§1. Деление многочленов
При делении многочлены представляются в канонической форме и располагаются по убывающим степеням какой-либо буквы, относительно которой определяется степень делимого и делителя. Степень делимого должна быть больше или равна степени делителя.
Результатом деления является единственная пара многочленов – частное и остаток, которые должны удовлетворять равенству:
< делимое > = < делитель > ´ < частное > + < остаток > .
Если многочлен степени n Pn (x ) является делимым,
Многочлен степени m Rk (x )является делителем (n ³ m ),
Многочлен Qn – m (x ) – частное. Степень этого многочлена равна раз-ности степеней делимого и делителя,
А многочлен степени k Rk (x ) является остатком (k < m ).
То равенство
Pn(x) = Fm(x) × Qn – m(x) + Rk(x) (1.1)
должно выполняться тождественно, то есть, оставаться справедливым при любых действительных значениях х.
Ещё раз отметим, что степень остатка k должна быть меньше степени делителя m . Назначение остатка – дополнить произведение многочленов Fm (x ) и Qn – m (x ) до многочлена, равного делимому.
Если произведение многочленов Fm (x ) × Qn – m (x ) дает многочлен, равный делимому, то остаток R = 0. В этом случае говорят, что деление производится без остатка.
Алгоритм деления многочленов рассмотрим на конкретном примере.
Пусть требуется разделить многочлен (5х5 + х3 + 1) на многочлен (х3 + 2).
1. Разделим старший член делимого 5х5 на старший член делителя х3:
Ниже будет показано, что так находится первый член частного.
2. На очередное (поначалу первое) слагаемое частного умножается делитель и это произведение вычитается из делимого:
5х5 + х3 + 1 – 5х2(х3 + 2) = х3 – 10х2 + 1.
3. Делимое можно представить в виде
5х5 + х3 + 1 = 5х2(х3 + 2) + (х3 – 10х2 +
Если в действии (2) степень разности окажется больше или равна степени делителя (как в рассматриваемом примере), то с этой разностью действия, указанные выше, повторяются. При этом
1. Старший член разности х3 делится на старший член делителя х3:
Ниже будет показано, что таким образом находится второе слагаемое в частном.
2. На очередное (теперь уже, второе) слагаемое частного умножается делитель и это произведение вычитается из последней разности
Х3 – 10х2 + 1 – 1 × (х3 + 2) = – 10х2 – 1.
3. Тогда, последнюю разность можно представить в виде
Х3 – 10х2 + 1 = 1 × (х3 + 2) + (–10х2 +
Если степень очередной разности окажется меньше степени делителя (как при повторе в действии (2)), то деление завершено с остатком, равным последней разности.
Для подтверждения того, что частное является суммой (5х2 + 1), подставим в равенство (1.2) результат преобразования многочлена х3 – 10х2 + 1 (см.(1.3)): 5х5 + х3 + 1 = 5х2(х3 + 2) + 1 × (х3 + 2) + (– 10х2 – 1). Тогда, после вынесения общего множителя (х3 + 2) за скобки, получим окончательно
5х5 + х3 + 1 = (х3 + 2)(5х2 + 1) + (– 10х2 – 1).
Что, в соответствии с равенством (1.1), следует рассматривать как результат деления многочлена (5х5 + х3 + 1) на многочлен (х3 + 2) с частным (5х2 + 1) и остатком (– 10х2 – 1).
Указанные действия принято оформлять в виде схемы, которая называется «деление уголком». При этом, в записи делимого и последующих разностей желательно производить члены суммы по всем убывающим степеням аргумента без пропуска.
| |
5х5 +10х2 5х2 + 1
| |
Х3 + 2
–10х2 + 0х – 1
position:relative; z-index:1"> Мы видим, что деление многочленов сводится к последовательному повторению действий:
1) в начале алгоритма старший член делимого, в последующем, старший член очередной разности делится на старший член делителя;
2) результат деления дает очередное слагаемое в частном, на которое умножается делитель. Полученное произведение записывается под делимым или очередной разностью;
3) из верхнего многочлена вычитается нижний многочлен и, если степень полученной разности больше или равна степени делителя, то с нею повторяются действия 1, 2, 3.
Если же степень полученной разности меньше степени делителя, то деление завершено. При этом последняя разность является остатком.
Пример №1
position:absolute;z-index: 9;left:0px;margin-left:190px;margin-top:0px;width:2px;height:27px">
4х2 + 0х – 24х2 ± 2х ± 2
Таким образом, 6х3 + х2 – 3х – 2 = (2х2 – х – 1)(3х + 2) + 2х.
Пример №2
A3b2 + b5
A3b2 a2b3
– a2b3 + b5
± a2b3 ± ab4
Ab4 + b5
– ab4 b5
Таким образом , a5 + b5 = (a + b)(a4 –a3b + a2b2 – ab3 + b4).
Пример №3
| |
Х5 х4у х4 + х3у + х2у2 + ху3 + у4
Х3у2 – у5
Х3у2 ± х2у3
Ху 4 – у 5
Ху 4 – у 5
Таким образом, х5 – у5 = (х – у)(х4 + х3у + х2у2 + ху3 + у4).
Обобщением результатов, полученных в примерах 2 и 3, являются две формулы сокращенного умножения:
(х + а)(х2 n – х2 n –1 a + х2 n –2 a 2 – … + a2n) = х 2n+1 + a2n + 1;
(х – a)(х 2n + х 2n–1 a + х 2n–2 a2 + … + a2n) = х 2n+1 – a2n + 1, где n Î N .
Упражнения
Выполнить действия
1. (– 2х5 + х4 + 2х3 – 4х2 + 2х + 4) : (х3 + 2).
Ответ: – 2х2 + х +2 – частное, 0 – остаток.
2. (х4 – 3х2 + 3х + 2) : (х – 1).
Ответ: х3 + х2 – 2х + 1– частное, 3 – остаток.
3. (х2 + х5 + х3 + 1) : (1 + х + х2).
Ответ: х3 – х2 + х + 1– частное, 2х – остаток.
4. (х4 + х2у2 + у4) : (х2 + ху + у2).
Ответ: х2 – ху + у2– частное, 0 – остаток.
5. (a 3 + b 3 + c 3 – 3 abc ) : (a + b + c ).
Ответ: a 2 – (b + c ) a + (b 2 – bc + c 2 ) – частное, 0 – остаток.
§2. Нахождение наибольшего общего делителя двух многочленов
1. Алгоритм Евклида
Если каждый из двух многочленов делится без остатка на третий, то этот третий многочлен называется общим делителем первых двух.
Наибольшим общим делителем (НОД) двух многочленов называется их общий делитель наибольшей степени.
Заметим, что любое число неравное нулю является общим делителем двух любых многочленов. Поэтому, всякое неравное нулю число называется тривиальным общим делителем данных многочленов.
Алгоритм Евклида предлагает последовательность действий, которая или приводит к нахождению НОД двух данных многочленов, или показывает, что такой делитель в виде многочлена первой или большей степени не существует.
Алгоритм Евклида реализуется в виде последовательности делений. В первом делении многочлен большей степени рассматривается как делимое, а меньшей – как делитель. Если многочлены, для которых находится НОД, имеют одинаковые степени, то делимое и делитель выбираются произвольно.
Если при очередном делении многочлен в остатке имеет степень больше или равную 1, то делитель становится делимым, а остаток – делителем.
Если при очередном делении многочленов получен остаток, равный нулю, то НОД данных многочленов найден. Им является делитель при последнем делении.
Если же при очередном делении многочленов остаток оказывается числом неравным нулю, то для данных многочленов не существует НОД помимо тривиальных.
Пример №1
Сократить дробь 
.
Решение
Найдем НОД данных многочленов, применяя алгоритм Евклида
| |
Х3 + 7х2 + 14х + 8 1
– х2 – 3х – 2
| |
Х3 + 3х2 + 2х – х – 4
3х2 + 9х + 6
3х2 + 9х + 6
| |
position:absolute;z-index: 49;left:0px;margin-left:209px;margin-top:6px;width:112px;height:20px">
font-size:14.0pt;line-height:150%">Ответ:
font-size:14.0pt;line-height:150%"> 2. Возможности упрощения вычислений НОД в алгоритме Евклида
Теорема
При умножении делимого на число не равное нулю частное и остаток умножаются на такое же число.
Доказательство
Пусть P – делимое, F – делитель, Q – частное, R – остаток. Тогда,
P = F × Q + R.
Умножая данное тождество на число a ¹ 0, получим
a P = F × (a Q) + a R,
где многочлен a P можно рассматривать как делимое, а многочлены a Q и a R – как частное и остаток, полученные при делении многочлена a P на многочлен F . Таким образом, при умножении делимого на число a ¹ 0, частное и остаток так же умножаются на a , ч. т.д
Следствие
Умножение делителя на число a ¹ 0 можно рассматривать как умножение делимого на число .
Следовательно, при умножении делителя на число a ¹ 0 частное и остаток умножается на .
Пример №2
Найти частное Q и остаток R при делении многочленов
Font-size:14.0pt;line-height:150%"> Решение
Для перехода в делимом и делителе к целым коэффициентам умножим делимое на 6, что приведет к умножению на 6 искомого частного Q и остатка R . После чего, умножим делитель на 5, что приведет к умножению частного 6 Q и остатка 6 R на . В итоге, частное и остаток, полученные при делении многочленов с целыми коэффициентами, в раз будут отличаться от искомых значений частного Q и остатка R , полученных при делении данных многочленов.
| |
| |
12у4 ± 18ху3 30х2у2 6у2 – 2ху – 9х2 =
– 4ху3 – 12х2у2 – 11х3у + 3х4
± 4ху3 6х2у2 ± 10х3у
– 18х2у2 – х3у + 3х4
± 18х2у2 27х3у ± 45х4
– 28х3у + 48х4 = font-size:14.0pt;line-height:150%">Следовательно, ;
Ответ:
, 
.
Заметим, что если наибольший общий делитель данных многочленов найден, то, умножая его на любое число, не равное нулю, мы также получим наибольший делитель этих многочленов. Это обстоятельство дает возможность упрощать вычисления в алгоритме Евклида. А именно, перед очередным делением делимое или делитель можно умножать на числа, подобранные специальным образом так, чтобы коэффициент первого слагаемого в частном был числом целым. Как показано выше, умножение делимого и делителя приведет к соответствующему изменению частного остатка, но такому, что в итоге НОД данных многочленов умножится на некоторое равное нулю число, что допустимо.
Пример №3
Сократить дробь 
.
Решение
Применяя алгоритм Евклида, получим
| |
Х4 х3 ± 3х2 font-size:14.0pt; line-height:150%"> 4 1
2х3 + 6х2 + 3х – 2
font-size:14.0pt; line-height:150%">2) 2(х4 + х3 – 3х2 + 4) = 2х4 + 2х3 – 6х2 + 8 2х3 + 6х2 + 3х – 2
2х4 6х3 3х2 ± 2х х – 2
– 4х3 – 9х2 + 2х + 8
± 4х3 ± 12х2 ± 6х font-size:14.0pt; line-height:150%">4
3х2 + 8х + 4
| |
| |
6х3 font-size:14.0pt">16х2 font-size:14.0pt">8х 2х +
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ
Определение 4.1.
Многочлен j(x) из P[x] называется общим делителем многочленов g(x) и f(x) из P[x], если f(x) и g(x) делятся без остатка на j(x).
Пример 4.1. Даны два многочлена: (x) g(x) = x 4 − 3x 3 − 4x 2 + 2х + 2 Î R[x]. Общие делители этих многочленов: j 1 (x) = x 3 − 4x 2 + 2 = Î R[x], j 2 (x) = (x 2 − 2x − 2) Î R[x], j 3 (x) = (x − 1) Î R[x], j 4 (x) = 1 Î R[x]. (Проверьте!)
Определение 4.2.
Наибольшим общим делителем отличных от нуля многочленов f(x) и g(x) из P[x] называется такой многочлен d(x) из P[x], который является их общим делителем и сам делится на любой другой общий делитель этих многочленов.
Пример 4.2. Для многочленов из примера 4.1. f(x) = x 4 − 4x 3 + 3x 2 + 2x − 6 Î R[x], g(x) = x 4 − 3x 3 − 4x 2 + 2х + 2 Î R[x] наибольшим общим делителем будет многочлен d(x) = j 1 (x) = x 3 − 4x 2 + 2 Î R[x], т. к. этот о многочлен d(x) делится на все другие их общие делители j 2 (x), j 3 (x) , j 4 (x) .
Наибольший общий делитель (НОД) обозначается символом:
d(x) = (f(x) , g(x) ).
Наибольший общий делитель существует для любых двух многочленов f(x),g(x) Î P[x] (g(x) ¹ 0). Его существование определяет алгоритм Евклида , который заключается в следующем.
Делим f(x) на g(x) . Остаток и частное, полученные при делении, обозначим r 1 (x) и q 1 (x). Затем, если r 1 (x) ¹ 0, делим g(x) на r 1 (x), получаем остаток r 2 (x) и частное q 2 (x) и т.д. Степени получающихся остатков r 1 (x), r 2 (x), … будут убывать. Но последовательность целых неотрицательных чисел ограничена снизу числом 0. Следовательно, процесс деления будет конечным, и мы придем к остатку r k (x), на который нацело разделится предыдущий остаток r k – 1 (x). Весь процесс деления можно записать следующим образом:
f(x) = g(x) × q 1 (x) + r 1 (x), deg r 1 (x) < deg g(x);
g(x) = r 1 (x) × q 2 (x) + r 2 (x), deg r 2 (x) < deg r 1 (x);
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
r k – 2 (x) = r k – 1 (x) × q k (x) + r k (x), deg r k (x) < deg r k – 1 (x);
r k – 1 (x) = r k (x) × q k +1 (x). (*)
Докажем, что r k (x) будет наибольшим общим делителем многочленов f(x) и g(x).
1) Покажем, что r k (x) является общим делителем данных многочленов.
Обратимся к предпоследнему равенству:
r k –-2 (x) = r k –-1 (x) × q k (x) + r k (x), или r k –-2 (x) = r k (x) × q k +1 (x) × q k (x) + r k (x).
Его правая часть делится на r k (x). Следовательно, левая часть также делится на r k (x), т.е. r k –-2 (x) делится на r k (x).
r k –- 3 (x) = r k –- 2 (x) × q k – 1 (x) + r k –- 1 (x).
Здесь r k –- 1 (x) и r k –- 2 (x) делятся на r k (x), отсюда следует, что и сумма в правой части равенства делится на r k (x). Значит и левая часть равенства делится на r k (x), т.е. r k –- 3 (x) делится на r k (x). Продвигаясь таким образом последовательно вверх, мы получим, что многочлены f(x) и g(x) делятся на r k (x). Тем самым мы показали, что r k (x) является общим делителем данных многочленов (определение 4.1.) .
2) Покажем, что r k (x) делится на любой другой общий делитель j(x) многочленов f(x) и g(x), то есть является наибольшим общим делителем этих многочленов.
Обратимся к первому равенству: f(x) = g(x) × q 1 (x) + r 1 (x).
Пусть d(x) – некоторый общий делитель f(x) и g(x) . Тогда по свойствам делимости разность f(x) – g(x) × q 1 (x) также делится на d (x), то есть левая часть равенства f(x) – g(x) × q 1 (x) = r 1 (x) делится на d (x). Тогда и r 1 (x) будет делиться на d (x). Продолжая рассуждения аналогичным образом, последовательно опускаясь по равенствам вниз, получим, что r k (x) делится на d (x). Тогда, согласно определению 4.2. r k (x) будет являться наибольшим общим делителем многочленов f(x) и g(x) : d(x) = (f(x) , g(x) ) = r k (x).
Наибольший общий делитель многочленов f(x) и g(x) является единственным с точностью до множителя - многочлена нулевой степени, или, можно сказать, с точностью до ассоциированности (определение 2.2.).
Таким образом, нами доказана теорема:
Теорема 4.1. /Алгоритм Эвклида/.
Если для многочленов f(x),g(x) Î P[x] (g(x) ¹ 0) верна система равенств и неравенств (*), то последний, не равный нулю остаток будет наибольшим общим делителем этих многочленов.
Пример 4.3. Найти наибольший общий делитель многочленов
f(x) = x 4 + x 3 +2x 2 + x + 1 и g(x) = x 3 –2x 2 + x –2.
Решение.
1шаг.2шаг.
| x 4 + x 3 +2x 2 + x + 1 | x 3 –2x 2 + x –2 | x 3 –2x 2 + x –2 | 7x 2 + 7 | |
| – (x 4 –2x 3 + x 2 – 2x) | x+3 = q 1 (x) | – (x 3 + x) | 1/7x.–2/7 = q 2 (x) | |
| 3x 3 + x 2 + 3x + 1 – (3x 3 –6x 2 + 3x –6) | –2x 2 –2 –(–2x 2 –2) | |||
| 7x 2 + 7 = r 1 (x) | 0 = r 2 (x) |
Запишем шаги деления в виде системы равенств и неравенств, как в (*) :
f(x) = g(x) × q 1 (x) + r 1 (x), deg r 1 (x) < deg g(x);
g(x) = r 1 (x) × q 2 (x).
Согласно Теореме 4.1. /Алгоритм Эвклида/ последний, не равный нулю остаток r 1 (x) = 7x 2 + 7 будет наибольшим общим делителем d(x) этих многочленов:
(f(x) , g(x) ) = 7x 2 + 7.
Поскольку делимость в кольце многочленов определена с точностью до ассоциированности (Свойство 2.11 .) , то в качестве НОД можно взять не 7x 2 + 7, а (7x 2 + 7) = x 2 + 1.
Определение 4.3.
Наибольший общий делитель со старшим коэффициентом 1 будем называть нормированным наибольшим общим делителем .
Пример 4.4. В примере 4.2. был найден наибольший общий делитель d(x) = (f(x) , g(x) ) = 7x 2 + 7 многочленов f(x) = x 4 + x 3 +2x 2 + x + 1 и g(x) = x 3 –2x 2 + x –2. Заменив его на ассоциированный с ним многочлен d 1 (x) = x 2 + 1, получим нормированный наибольший общий делитель этих многочленов(f(x) , g(x) ) = x 2 + 1.
Замечание. Применяя алгоритм Евклида при поиске наибольшего общего делителя двух многочленов, можно сделать следующее заключение. Наибольший общий делитель многочленов f(x) и g(x) не зависит от того, будем ли мы рассматривать f(x) и g(x) над полем P или над его расширением P’.
Определение 4.4.
Наибольшим общим делителем многочленов f 1 (x), f 2 (x), f 3 (x),… f n (x) Î P[x] называется такой многочлен d(x) Î P[x], который является их общим делителем и сам делится на любой другой общий делитель этих многочленов.
Поскольку алгоритм Евклида пригоден лишь для поиска наибольшего общего делителя двух многочленов, то для поиска наибольшего общего делителя n многочленов требуется доказать следующую теорему.