Шпаргалки по геометрии, алгебре, педагогике, методике математики (ИГПИ)

Вопрос 2.

Простые числа. Беск-ть мн-ва простых чисел. Канонич. разложение составного числа и его !.

Всякое число р?N, р>1 не имеющее др. натур-х делит-й, кроме 1 и р, наз-ся простым. Всякое число р?N≠1 и не явл-ся простым, наз-ся составным. Число 1 не явл-ся ни простым, ни сост-м. Мн-во N можно разбить на: простые, сост-е и 1. Св-ва: 1. Наим-й делитель всякого нат-го числа есть число простое. 2. Нат-е число n и простое число р либо взаимнопростые, либо р|n. 3. Если р-простое и р|a₁*a₂*…*a_n , то р|a₁ или р|a₂ …или р|a_n. 4. Если р|р₁*р₂*…*р_n и р, р₁, р₂… р_n – простые числа, то р=р₁ или р=р₂ или… р=р_n.

Наим-й простой делитель нат-го числа n не превос-т √n. Док-во: пусть р-наим-й простой дел-ль n. Покажем р≤√n. р|n => n=р*q (1), р≤q. Заменим в (1) q на р: n≥р², т.к. р²≤n, р≤√n. ■

Всякое нат-е число n>1 либо явл-ся простым, либо м.б. предст-а в виде произв-я простых множ-й n=р₁*р₂*…*р_r, r≥1 (1) и (1) явл-ся ! с точностью до порядка следования множ-й. (1) наз-ся разл-м числа n на простые множ-ли. Док-во: 1. док-во сущ-я предст-я (1): Если n –число простое, то ■. Пусть n-сост-е и р₁ его натур-й дел-ль. Как было док-но р₁ число простое и можно записать: n=р*n₁, где р≤n₁. Если n₁ число простое, то ■; если n₁ сост-е, то р₂ – его наименьший простой делитель. n₁=р₂*n₂, n=р₁*р₂*n₂. Если n₂ сост-е, то рассуждаем аналог. Это можно прод-ть пока не придем к какому-либо n_s=1. То, что после конечного числа шагов такое n_s должно получ-ся => из того, что n>n₁>n₂>…>n_s мн-во нат-х чисел, т.е. все эти числа меньше n. Итак, через конеч-е число шагов число n можно пред-ть в виде (1). 2. Док-во !: Предпол-м, что сущ-т 2 разлож-я числа n на простые множ-ли n=p₁*p₂*…*p_r и n=q₁*q₁*…*q_s, где р₁, …р_r, q₁,…q_s простые числа. p₁*p₂*…*p_r= q₁*q₂*…*q_s. Нужно показ-ть r=s. Левая часть делит-ся на р₁ => на р₁ делит-ся и правая часть. Учит-я, что в правой части стоят также простые числа, то по свойству простых чисел р совпадает с одним из них. Пусть р₁=q₁, тогда после сокращ-я: p₂*…*p_r= q₂*…*q_s. Аналог. рассуж-я, убеждаемся, что р₂ совп-т с одним из множ-й q. Пусть р₂=q₂, после сокр-я: p₃*…*p_r= q₃*…*q_s и т.д. Предпол-м, что r≠s. Пусть rr₊₁*…*q_s, но это равен-во невозм-но, т.к. произв-е простых чисел ≠1. Итак, r=s и представ-е (1) ! с точностью до порядка следования множ-й.■

N=p₁ ^α1* p₂ ^α2*… *p_k ^αk – каноническое разлож-е числа n на простые множ-ли. Показ-т, что все делители числа n исчерпыв-ся числами вида p₁ ^β1* p₂ ^β2*… *p_k ^βk, где 0≤β₁ ≤α₁, …0≤β_к ≤α_к.

Теорема Евклида: мн-во сех простых чисел бесконечно.

Решето Эратосферна. Выписать все нат-е числа от 2 до m из них вычеркивают каждое второе после простого числа 2. Первым не зачеркнутым числом остается простое число 3. Теперь выч-т каждое 3-е число, причем считают и те числа, кот. выч-ты ранее и т.д. После выч-я всех чисел кратных простому числу р_n первое не зач-е число будет простым – р_n+1. р_n+1- простое число, т.к. иначе оно имело бы простой делит-ль ≤р_n, но все числа кратные простым ≤р_n уже вычеркнуты. Поэтому выч-е кратные простому числу р_n+1 следует начинать с (р_n+1)² и состав-е таблиц простых чисел ≤m => считать закон-м как только найдено число >√m.

Вопрос 3.

Кольцо целых чисел. Теорема о делении с остатком. НОД и НОК двух чисел.

На N вып-ы опер-и “+” и “*”, но опер-я “-” вып-ся частично, т.е. ур-е а+х=в в N не всегда разреш-о. Это одна из причин разширения N. При расщ-и одной с-ы чисел до др-й должны вып-ся несколько треб-й: 1) NЄZ. 2) +,* должны вып-ся в Z, причем рез-ы опер-й для чисел из N в N и Z должны совп-ть. 3) +,* - комут-ы, ассоц-ы и связ. дистр-м законом. 4) в Z должна вып-ся опер-я “-”. т.е. ур-е а+х=в одноз-о разрешимо в Z для люб-х а,вЄZ. 5) Z должно быть миним. расш-м из всех расш-й мн-ва N облад-е св-ми 1-4.

Число в делит а, если сущ-т qЄZ, что а=b*q. Отношение “b делит а” наз-ют отношением делимости и зап-т b|а. Св-ва: 1) (Ґа)(а|a). 2) (Ґa,b,c)(a|b^b|c=>a|c). 3) (Ґа)(а|0). 4) (Ґа)(0ła). 5) (Ґа)(1|a^-1|a). 6) a|b^b|a=> b=±a. 7) (Ґx)(а|b=>a|b*x). 8) (Ґx₁,x₂,…x_r)(b|_a1^b|a₂…^b|a_r=>b|(x₁a₁+x₂a₂+…+x_ra_r)).9)(Ґа,b)(b|a=>|b|0^b>0=>bb|(-a)=>(-b)|a.

Теорема о делении с остатком. Разделить целое число a на bЄZ, это значит найти 2 таких q и rЄZ, что a=b*q+r (1) 0≤r<|b|, q- неполное частное, r-остаток. (Ґa,bЄZ^b#0 сущ-т !q, r, что a=b*q+r, 0≤r<|b|). Док-во: 1) Возм-ть дел-я с ост-м. 2 случая: 1. aЄZ, b>0, т.е. bЄN. Рассм. всевоз-е кратные числа b.Пусть b*q наиб. кратные числа b не превыш-е a, т.е. b*q≤a0, т.е. –bЄN и имеем случай 1. т.е. сущ-т q,rЄZ, что a=(-b)*q+r, 0≤r<|-b| => a=b*(-q)+r, 0≤r<|b|. 2) !-ть дел-я. Пусть деление a на b не !, т.е. сущ-ют 2 неполных частных q₁, q₂ и два остатка r₁, r₂, тогда a=b*q₁+r₁, 0≤r₁<|b|, a=b*q₂+r₂, 0≤r₂<|b|. b*q₁+r₁=b*q₂+r₂; b*(q₁-q₂)=r₂-r₁ => b|(r₂-r₁). Но т.к. 0≤r₁<|b| и 0≤r₂<|b| => |r₂-r₁|<|b|. b|(r₂-r₁)^ |b|>|r₂-r₁| => r₂-r₁=0. т.е. r₁=r₂, но и тогда q₁=q₂.■ Следствие. ҐaЄZ^bЄN сущ-т !q, r, что a=b*q+r, 0≤r

Общим делителем чисел a₁,a₂,…a_r наз-ся такое число c, что с|a₁^ с|a₂^…с|a_r. c=ОД(а₁,а₂,…а_r). НОД (а₁,а₂,…а_r) наз-ся такой их общий дел-ль d, кот делится на всякий др. общ дел-ль. чисел а₁,а₂,…а_r. Обозн. d=НОД(а₁,а₂,…а_r). Итак, d=НОД(а₁,а₂,…а_r)  1. d| а₁^d|а₂^…d|а_r. 2. c=ОД(а₁,а₂,…а_r) => с|d.

Алгоритм Евклида. Пусть Ґa,bЄZ, b#0. т.к. отнош-е делимости сохр-ся при измен-и знаков чисел, то НОД(a,b)=НОД(a,-b). Поэтому огран-ся случ-м aЄZ, bЄN. Делим a на b c остатком a=b*q+r₁. Если r₁=0, т.е. a=b*q, то НОД(a,b)=b. Пусть r#0, 011 c остатком. Если r₂ – остаток, то делим r₁ на r₂ и т.д. Получ сов-ть равенств: a=b*q+r₁, 011*q₁+r₂, 021; r₁=r₂*q₂+r₃, 032; … r_n-2=r_n-1*q_n-1+r_n, 0nn_-1; r_n-1=r_n*q_n. Этот процесс явл-ся конеч, т.к. мы имеем ряд убыв-х целых, кот. фвл-ся неотриц. т.е. непременно придем к остатку на кот-й разд-ся предыд. остаток. Последние рав-ва наз-ют алгор. Евклида для чисел (a,b). Св-ва НОД. 1. Последний не равный 0 остаток в алгоритме Евклида явл-ся НОД(a,b). 2. (ҐmЄN) НОД(a*m,b*m)=m*НОД(a,b).3.m|a^m|b=>НОД(a/m,b/m)=(НОД(a,b))/m. Числа а₁,а₂,…а_r наз-ся взамно-простыми числами, если НОД(а₁,а₂,…а_r)=1. Всякое целое число, кот. делится и на a, и на b, наз-ся общим кратным делителем. Наим. из всех натур-х ОК наз-ся НОК. Св-ва НОК: 1. НОК(a,b)= их произведению, деленному на НОД. 2. Совокуп-ть ОК 2-х чисел совп. с совокуп-ю кратных их НОК. 3. Числа (НОК(a,b)/a) и (НОК(a,b)/b) взаимно-просты. 4. Если a,b вз.-пр., то НОК(a,b)=a*b. 5. (ҐmЄN) НОК(a*m,b*m)=НОК(a,b)*m.

Нахождение НОД и НОК Чтобы найти НОД нужно взять произведение общих простых множ-й, вход-х в канонич-е разлож-е этих чисел, причем каждый такой простой множ-ль нужно взять с наим. показ-м. НОК тоже самое, но каждый множ-ль взять с наиб. показ-м.

Вопрос 4.

Система рацион-х чисел.

Если рассм. мн-во Z, то в Z ур-е a*x=b не всегда разрешимо. => расшир-е кольца целых чисел до поля Q-рац-х чисел. (Др. причина – измерение отрезков не всегда выр-ся целым числом). При этом должны вып-ся усл-я: 1. Z подкольцо кольца Q. 2. ур-е a*x=b, a#0 одноз-но разреш. Ґa,bЄQ. 3. Q должно быть миним. расш. с-ы Z. С-а Q явл-ся полем, кот. наз-ся поле рац-х чисел.

Рассм. мн-во Q={p/q| pЄZ,qЄN}. на мн-ве дробей рассм. отнош. равносильности “~”: p/q~k/l  p*l=k*q. Покажем, что это отнош-е эквивал-ти. 1. a/b~a/b. т.к. a*b=a*b (рефл-ть). 2. a/b~c/d => c/d~a/b (сим-ть). Проверим a/b~c/d  a*b=b*c => c*b=d*a  c/d~a/b. 3. a/b~c/d ^ c/d~e/f => a/b~e/f (тран-ть). a/b~c/d ^ c/d~e/f => a*d=c*b ^ c*f=d*e => a*d*c*f=c*b*d*e. a*f=b*e =>a/b~e/f. Если с=0, то все 3 др. 0, т.е. равн-ы. Отнош-е равн-ти дроби на Q явл-ся отнош-м экв-ти => равнос-е дроби также явл-ся эквив-ми.

Св-во экв-х дробей: 1. a/b~(a*c)/(b*c) c#0. Всякому отнош-ю эквивл-ти соот-т разбиение на классы экв-ти. Класс эквив-х дробей наз-ся рац-м числом. Рац-е число хар-ся Ґ из своих представителей. Дроби, вход-е в один и тот же класс пред-т ! рац-е число => считаются равными. p/q, где q≠0 наз-ся несократ-й записью, если НОД(a,b)=1. Для Ґ положит-го q сущ-т ! запись в виде несократ-й дроби. Введем на Q отнош-е «меньше» так, что q0. Легко видеть, что отн-е «<» явл-ся отн-м строгог порядка, т.е. оно антиреф., антисим., транзит. И явл-ся отнош-м линейного порядка,т.е. Ґq₁,q₂ЄQ вып-ся ! из: q₁2, q₁=q₂, q₁>q₂. Можно показ-ть, что для отнош-я «<» вып-ся монот-ть сложения и монот-ть умнож-я: 1. (Ґq₁,q₂,cЄQ)(q₁2 => q₁+c2+c). 2. (Ґq₁,q₂,cЄQ)(q₁2 ^ c>0 => q₁*c2*c). Док-во: Пусть q₁1, тогда q₂-q₁>0. Найдем: q₂*c-q₁*c=c*(q₂-q₁)>0 (т.к.c>0, q₂-q₁>0). q₂*c-q₁*c>0 => q₁*c2*c. Св-ва мн-ва Q. 1. ВQ нет ни наим, ни наиб. числа. 2. Q – счетное мн-во, т.к. можно устанть биек-е отображ-е, f:Q>--->>N. Q-полтно, т.е. что между Ґ 2 пац-ми числами нах=ся беск-но много рац-х чисел. 4.Q- поле рац-х чисел. 5. Поле Q явл-ся лин.-упор-м полем.

При обращ-и обыкнов-й несокр-й a/b в десят-ю возм-ы случаи: 1) Если в разлож. знамен. b на простые множ-ли встреч-ся только 2 или 5, то несокр. дробь a/b обращ-ся в конеч. дес-ю. 2) Если НОД(b,10)=1, то a/b представима в виде бескон-й чисто период-й десят-й дроби. 3) Если в разлож-и b на простые множ-ли кроме 2 и 5 встреч-ся другие числа, то дробь обращся в смешан-ю период-ю десят-ю дробь.

Вопрос 5.

Поле комплексных чисел(к.ч.). Геом-е предс-е к.ч. и операции над ними. Тригон-я форма к.ч.

Х¹+1=0 (1) не разрешимо в R – причина расширения с-ы R до с-ы чисел, в кот-й (1) имело бы реш-е. В кач-ве строит-го матер-ла можно взять точки плоск-ти: M={(a,b)|a,bЄR}. Т.к. точки плос-т нам не приход-сь умн-ть и склад-ть, то опер-ции над ними можно задать так, чтобы мн-во было полем, содерж-е поле R и в кот-м (1) имело бы реш-е: (a,b)+(c,d)=(a+c,b+d); (a,b)*(c,d)=(a*c-b*d,a*d+b*c) и (a,b)=(c,d)  a=c ^ b=d. Можно док-ть, что слож-е и умнож-е комут-ы, ассоц-ы и связ-ы дист-м законом. Для них вып-ся обратные опер-ции: вычит-е, делен-е, кроме дел-я на 0,т.е. ур-я (c,d)+(x,Y)=(a,b) и (c,d)*(x,y)=(a,b), где (c,d)≠(0,0) одноз-но разр-мы. Нейтр-й Эл-т относ-о слож-я: 0=(0;0). Нейтр-й Эл-т отн-о умнож-я: 1=(1;0). 1) С-а M=(M,0,1,+,-,*) поле. 2) M явл-ся расш-м поля R, т.е. R’ содер-ся в M изоморф-е полю R. R’={(a,0)|aЄR}. R’-подполе поля M, т.е.R’ замкнуто относ-о всех опер-й кольца и Ґ эл-а ≠0 из R’ обратный Эл-т также ЄR’. 3) R изоморфно R’. Можно уст-ть биект-е отобр-е: φ:R R’; φ: a (a,0) и вып-ся 2 усл-я: образ суммы двух эл-в = сумме образов, образ произв-я 2 эл-в = произв-ю образов. С – поле к.ч. Покажем, что (1) разреш. Возьмем точку i=(0,1): (0,1)*(0,1)=(-1,0)≡-1. i – корень ур-я (1), мнимая единица, расп-я на ОУ. Запись: (a,b)=a+b*i алгеб-я, α=|α|*(cosφ+i*sinφ) триг-я, где |α|=; cosφ=a/|α|; sinφ=b/|α|. 1. Чтобы умнож-ть 2 к.ч. в триг-м виде, нужно переем-ть их модули и сложить аргументы (углы). 2. Разд-ть 2 к.ч.: разд-ть их модули и вычесть аргум-ы. 3. Чтобы возвести к.ч. в целую полож-ю степень, нужно воз-ти в эту степень модуль и аргумент умнож-ть на показ-ль степени. 4. Чтобы извлечь из к.ч. корень n степени нужно извлечь корень из модуля и (аргумент +2Пк)/n, где кЄZ. Придавая к разл-е знач-я, получ-т серии повтор-ся знач-й, т.е. к=0,1,…n-1.

Вопрос 6.

Мн-ны от одной переменной.

Пусть А=(А,0,1,+,-,*) – обл-ть целостности. Построим с пом-ю его новое комут-е кольцо A[x], основанное на мн-ве,, которое есть мн-во бесконечных послед-й, облад-х св-м: в них лишь конечное число коэф-в ≠0, т.е. A[x]={(a₀,a₁,…)|a₀,a₁,…ЄA}, a_i≠0 конеч-е число. Такие посл-ти наз-ся полиномами от 1 неиз-го. Равенство полиномов и операции над ними опре-ся так: 1. (a₀,a₁,…)=(b₀,b₁,…)  a₀=b₀ и a₁=b₁ и…. 2. (a₀,a₁,…)+(b₀,b₁,…)=(a₀+b₀, a₁+b₁…). 3. (a₀,a₁,…)*(b₀,b₁,…)=(a₀b₀, a₁b₁…). 4. 0=(0,0,0,…). 5. 1=(1,0,0,…). 6. -(a₀,a₁,…)=(-a₀, -a₁…). Нетрудно проверить: 1) с-а (A[x],0,+,-) аддитивная абелева группа, 2) с-а A[x],1,*) – мультипликативный моноид, 3) + и * связаны дистрибутивным законом. С-а A[x]=(A[x],0,1,+,-,*) – комут-е кольцо. Другой вид записи полинома: f(x)=a₀+a₁x+a₂x²+…+a_mx^m. Слагаемые в записи f(x) наз-ся одночлекнами, а f(x) наз-ся мн-м от 1 неизв-го. Эл-ы аЄА наз-ся мн-ми нулевой степени. Св-ва. Пусть А – обл-ть целостности. Кольцо полиномов от 1 неизв-го A[x]=(A[x],у, 1,+, -,*) – обл-ть целостности. => Если степень f(x)=n и степень g(x)=m => степень f(x)g(x)=n+m. Пусть А – обл-ть целостности. Делителем единицы кольца полиномов A[x] явл-ся делители единицы кольца А. В обл-ти цел-ти A[x] других делителей единицы нет.

Рассм-м кольцо мн-на Р[x] над полем Р. Мы знаем, что Ґ числов-е поле явл-ся обл-ю целостности с бескон-м числом эл-в. В кольце полиномов Р[х] теорема о делении с остатком имеет место для Ґf(x), g(x)ЄP[x], что g(x)≠0. Мн-н f(x) делится на мн-н g(x)≠0, если сущ-т мн-н n(x)ЄP[x], что f(x)=g(x)n(x). Деление не всегда будет выполнимо в кольце Р[x]. Св-ва. 1. Ґf(x)ЄP[x], f(x)|f(x). 2. f(x), g(x)ЄP[x], g(x)|f(x) и f(x)|g(x) => f(x) и g(x) ассоц-ы, f(x)=cg(x), cЄP[x]. 3. g(x)|f(x) и φ(x)|g(x) => g(x)|(f(x)±φ(x)). 4. Если f₁(x), f₂(x),…, f_k(x) делятся на g(x), для Ґc₁, c₂,…c_kЄР, то сумма [c₁f₁(x)+c₂f₂(x),…,c_kf_k(x)] делится на g(x). 5. Если g(x)|f₁(x) => f₁(x)f₂(x)…f_k(x) делится на g(x). 6. Если f₁(x)|g(x), f₂(x)|g(x),…f_k(x)|g(x) => g(x)|[ n₁(x)f₁(x)+ n₂(x)f₂(x)+…+n_k(x)f_k(x)], n_i(x), f_i(x), g_i(x)ЄP[x], i=1,2,…k. 7. Если n(x), f(x), g(x)ЄP[x] и n(x)|f(x) и g(x)|n(x), то g(x)|f(x). 8. Мн-ны нулевой степени из Р[х] явл-ся делителями Ґf(x)ЄP[x]. 9. Мн-ны cf(x), где с≠0 и только они будут делителями мн-на f(x) имеюш-ми такую же степень, что и f(x). 10. ҐДелитель f(x), cf(x), c≠0 будут делителями и для другого мн-на. Пусть Ґf(x), g(x)ЄP[x]. Общим делителем мн-в f(x), g(x) явл-ся такой мн-н d(x)ЄP[x], что d(x)|f(x) и d(x)|g(x). Нод(f(x), g(x)) наз-ся мн-н D(x) такой, что 1. D(x)=ОД(f(x), g(x)), 2. d(x)|D(x), где d(x)=ҐОД(f(x), g(x)). Покажем, что НОД сущ-т для Ґмн-в f(x), g(x)ЄP[x]≠0. пусть степень f(x) ≥ степени g(x). Делим f(x) на g(x) с остатком f(x)=g(x)q(x)+r₁(x). Если r₁(x)=0, тогда НОД(f(x), g(x))=q(x). Если r₁(x)≠0, то степень r₁(x)< степени g(x), но >0. Делим g(x) на r₁(x) с остатком g(x)=r₁(x)q₁(x)+r₂(x). Если r₂(x)≠0, 0< степень r₂(x) < степень r₁(x), делим r₁(x) на r₂(x) с ост-м r₁(x)=r₂(x)q₂(x)+r₃(x). и т.д. Т.к. степень остатков понижается оставаясь не отриц-й, то через конечное число шагов мы придем к остатку r_k(x), на который разделится предыд-й остаток. Этот процесс наз-ся Алгоритмом Евклида. Итак, применяя алгор-м Евкл-а для мн-в f(x) и g(x) мы получили совокупность f(x) = g(x)q(x)+r₁(x), g(x) = r₁(x)q₁(x)+r₂(x), r₁(x) = r₂(x)q₂(x)+r₃(x) … r_k-2(x) = r_k-1(x)q_k-1(x)+r_k(x), r_k-1(x) = r_k(x)q_k(x) (1). Док-м, что послед-й ≠0 остаток r_k(x) в алгоритме Евк-а явл-ся НОД. Будем рассм-ть (1) снизу вверх: r_k(x)|σ_k-1(x), r_k(x)|σ_k(x) и σ_k(x)|σ_k-1(x) => r_k(x)|r_k-2(x)…, r_k(x)|r_k-2(x) и r_k(x)|r₁(x) => r_k(x)|g(x), r_k(x)|r₁(x) и r_k(x)|g(x) => r_k(x)|f(x). Получим, что r_k(x)|f(x) и σ_k(x)|g(x) => σ_k(x)= ОД(f(x),g(x)). Покажем, что r_k(x)=НОД(f(x), g(x)). Пусть n(x) - Ґдругой ОД(f(x), g(x)). Рассм-м (1) сверху вниз: n(x)|f(x) и n(x)|g(x) => n(x)|r₁(x), n(x)|g(x) и n(x)|r₁(x) => n(x)|r₂(x), n(x)|r₁(x) и n(x)|r₂(x) => n(x)|r₃(x)… n(x)|r_k-2(x) и n(x)|r_k-1(x) => n(x)|r_k(x). Получили: n(x)|r_k(x)=ОД(f(x), g(x)) => r_k(x)=НОД(f(x), g(x)). Итак, мы док-ли, что последний ≠0 остаток в алгор-е Евклида явл-ся НОД для мн-в f(x) и g(x). Нетрудно убелиться, что НОД мн-в f(x) и g(x) явл-ся ! с точностью до мн-ля нулевой степени. Действительно, пердположим, что D₁(x)=НОД(f(x), g(x)) и D₂(x)=НОД(f(x), g(x)). Т.к. D₁(x)=НОД(f(x), g(x)) => D₂(x)|D₁(x), а т.к. D₂(x)=НОД(f(x), g(x)), то имеем D₁(x)|D₂(x). Получим: D₂(x)|D₁(x) и D₁(x)|D₂(x) => св-во 2 D₁(x)=cD₂(x). Алгоритм Евклида показываем, что если f(x) и g(x) имеют оба рац-е коэф-ы или оба действ-е коэф-ы, то и коэф-ы их НОД будут соотв-о или рац-ми, или дейст-ми. Если D(x)=НОД(f(x), g(x)), где f(x), g(x)ЄP[x], то сущ-т φ(x), ψ(x)ЄP[x], что f(x)φ(x)+g(x)ψ(x)=D(x). Обратимся к алгор-у Евклида для мн-на f(x) и g(x): f(x) = g(x)q(x)+r₁(x), g(x) = r₁(x)q₁(x)+r₂(x), r₁(x) = r₂(x)q₂(x)+r₃(x) … r_k-2(x) = r_k-1(x)q_k-1(x)+r_k(x), r_k-1(x) = r_k(x)q_k(x). Перепишем все рав-ва алго-а Евклида, кроме послед-го (1). Выразим остаток из каждого равенства r₁(x)=f(x)-g(x)q(x), r₂(x)=g(x)-r₁(x)q₁(x), r₃(x)=r₁(x)-r₂(x)q₂(x)…r_k(x)=r_k-2(x)-r_k-1(x)q_k-1(x) (1). Перепишем первое рав-во (1): r₁(x)=f(x)*1+g(x)(-q(x)). Обозначим φ₁(x)=1, ψ₁(x)=-q(x), тогда имеем r₁(x)=f(x)φ₁(x)+g(x)ψ₁(x). Теперь второе из (1): r₂(x) = g(x)-r₁(x)q₁(x) = g(x)-(f(x),φ₁(x) + g(x)ψ₁(x)) q₁(x) = g(x)-f(x)φ₁(x)q₁(x)-g(x)ψ₁(x)q₁(x) = f(x)(-φ₁(x)q₁(x)) + g(x)(1-ψ₁(x)q₁(x)) = f(x)φ₂(x)+g(x)ψ₂(x). r₂(x) = f(x)φ₂(x)+g(x)ψ₂(x). Подставим полученное выражение для r₁(x) и r₂(x) в выражение для r₃(x) из (1). Получим, проделывая аналогичные преобразования r₃(x)= f(x)φ₃(x)+g(x)ψ₃(x). и т.д. опускаясь ниже получим r_k(x)= f(x)φ_k(x)+g(x)ψ_k(x). Как было док-но выше r_k(x) явл-ся НОД мн-в f(x) и g(x) , причем НОД определен с точностью до множ-ля нулевой сиепени. Умножая обе части последнего равенства на с: cr_k(x)= f(x)(cφ_k(x))+g(x)(cψ_k(x)).

Вопрос 7.

Неприводимые над полем многочлены.

Мн-н f(x)ЄP[x] наз-ся неприводимым над полем Р, если он не разлагается в произведение многоч-в положительной степени над полем Р. Мн-н наз-ся приводимым над полем Р, если он разлагается в произведение мн-в положит-й степени. Вопрос приводимости зависит от того поля, над которым мы его рассматриваем. Н-р, 1)f(x)=x²-2 неприводим над полем Q, но приводим над полем R. 2) f(x)=x²+1 неприводим над R, приводим над C. 3)φ(x)=x+1 непривд-м ни над одним числовым полем. Над полем ком-х чисел неприво-м только мн-ы 1-й степени. Над полем дейст-х чисел неприводимы мн-ны 1-й степени и квадратный трехчлен, у которого дискр-т <0. Иначе в поле рац-х чисел. Здесь Ґ n нат-го можно подобрать мн-н n-й степени неприводимого над полем Q рац-х чисел. Критерий Эйзенштейна. Если для f(x)=a₀xⁿ+a₁x^n-1+…a_n-1x+a_n, f(x)ЄQ[x] можно подобрать р – простое число, что 1) р|a₀(черта) – не делится на р, 2) все остальные коэф-ы делятся на р: p|a₁, p|a₂,…p|a_n 3) p|a_n, но p²|a_n(с чертой) – не делится на р, то f(x) неприводима над полем Q. Если для мн-на f(x) нельзя подобрать р простое число, чтобы вып-сь требование Эйз-на, то мн-н может быть как приводимым, так и не приводимым над полем Q. Св-ва. 1. p₁(x), p₂(x)ЄP[x] неприводимы над полем P и p₂(x)|p₁(x) => эти мн-ны отлич-ся друг от друга множ-м нулевой степени. (Док-во. Т.к. p₁(x) - неприводим, то в p₁(x) = p₂(x)g(x) один из множ-й есть мног-н нулевой степени g(x)=c-const. Т.о. p₁(x) = p₂(x)c. Мног-ны p₁(x), p₂(x) явл-ся ассоциированными.) 2. Ґf(x)ЄP[x], p(x)ЄP[x] – непривомн-н => либо f(x), p(x) взаимно просты, либо p(x)|f(x). (Док-во. Т.к. p(x) неприводимый мн-н, то возм-ы 2 случая:1) НОД(f(x),p(x))=c-const, тогда f(x), p(x) – взаимно просты. 2) НОД(f(x),p(x))=D(x), где D(x)=cp(x), но тогда т.к. D(x)|f(x) => cp(x)|f(x) => p(x)|f(x)). 3) Если произ-е p(x)|f(x)g(x), где p(x), f(x), g(x)ЄP[x] и p(x) – непривод-м над полем P, р(x)|f(x) или p(x)|g(x). Это св-во можно распрост-ть и на случай произвольного числа множ-й.

Теорема. Ґ мн-н f(x)ЄP выше нулевой степени явл-ся неприводимым над полем Р или разлагается в произведение неприводимых мн-в. f(x)=p₁(x)p₂(x)…p_n(x) (*), где p_i(x) – неприводимые мн-ны над полем Р, i=1,2,…n, причем это разложение явл-ся ! с точностью до порядка. Док-во. 1) Док-м возможность представления (*). Пусть мн-н f(x) выше нулевой степени. Если f(x) неприводим, то теорема док-на. Если f(x) приводим, то f(x)=f₁(x)f₂(x). Если оба мн-на f₁(x) и f₂(x) неприводимы над полем Р, то теорема док-на, если хотя бы 1 из них приводим над полем Р, то его разлагают в произведение множ-й положит-й степени. и т.д. Этот процесс конечен, т.к. степень мн-й в разложении f(x) уменьшается, оставаясь положит-ми и их может быть лишь конечное число. Итак, в конце концов мн-н f(x) будет предст-н в виде произвед-я непривод-х мн-й, т.е. в виде (*). 2) Док-м ! разложения мн-на f(x) на непривод-е мн-ли. Пусть f(x) допускает 2 разложения: f(x)=p₁(x)p₂(x)…p_n(x) (1) и f(x)= q₁(x)q₂(x)…q_n(x) (2). p₁(x), …p_n(x), q₁(x),…,q_n(x) неприводимые над полем Р мн-ны. Левые части равны => равны и правые части. p₁(x)p₂(x)…p_n(x)=q₁(x)q₂(x)…q_n(x) (3). Левая часть делится на р₁(х) => и правая часть делится. Т.к. р₁(х) неприводим, то на р₁(х) разделится хотя бы один мн-ль правой части. Пусть р₁(х)|q₁(x). А т.к. р₁(х) и q₁(x) неприво-ы и один из них дел-ся на другой, то они ассоциированы, т.е. q₁(x)=ср₁(х). Подставляя это выр-е в (3) и сокращая обе части на р₁(х): p₂(x)…p_k(x)=c₁q₂(x)q₃(x)…q_l(x) (4). Аналогично расс-я относительно p₂(x) из (4): p₃(x)…p_k(x)=c₁с₂ q₃(x)q₄(x)…q_l(x). И т.д. утверждаем, что k=l. Предположим противное. Пусть k1с₂…q_k+1(x)…q_l(x). Но это рав-во невозможно, т.к. в левой части стоит мн-н нулевой степени, а в правой – мн-н выше нулевой степени. Итак, k=l, Разложение (1) и (2) сост-т из одинакого числа множ-й и могут отлич-ся лишь ассоц-и множ-ми.■ В разложении мн-на f(x) могут встречаться ассоц-е множ-ли. Объединяя в разложении f(x) на неприводимые мн-ли, ассоц-е мн-ли мы получим каноническое разложение.

Вопрос10.

С-ы лин-х ур-й. Равнос-е с-ы ур-й. Критерий совм-ти с-ы лин-х ур-й.

Пусть Р- поле скаляров. С-й лин-х ур-й с n неизв-ми х₁, х₂, …х_n наз-ся с-а вида: а₁₁*х₁+а₁₂*х₂ +…+а_1n*x_n=b₁, … а_m1*х₁+а_m2*х₂ +…+а_mn*x_n=b_n (1), a_ij,b_iЄP. Числа a_ij наз-т коэф-ми с-ы, b_i своб-е члены. Вектор О(а₁₁,а₁₂,…а_1n)ЄР наз-т решением с-ы (1), если он удов-т Ґ ур-ю с-ы. С-а лин-х ур-й наз-ся совм-й, если она имеет хотя бы 1 реш-е, и несовм-й в противном случае. Если совм-я с-а лин-х ур-й имеет ! реш-е, то она наз-ся определ-й, если реш-й бескон-е мн-во, то она неопределенная. 2-е с-ы лин-х ур-й наз-ся равносильными, если Ґ реш-е Ґ из этих с-м явл-ся реш-м другой с-ы. Элемен-е преобр-я: 1) перестан-ка 2 ур-й в с-е. 2) умнож-е обих частей ур-я на ≠0 скаляр. 3) удаление ур-я вида 0=0. 4) прибавл-е к обеим частям какого-либо ур-я соответ-х часте другого ур-я, умнож-е на одно и тоже число. При Ґ элем-м преоб-и матрицы Ā получ-ся с-а лин-х ур-й равнос-я первонач-й с-е ур-й.

Матрица А, сост-я из коэф-в при неизв-х с-ы (1), наз-ся главной матрицей с-ы. Если к глав-й мат-е А присоед-ть столбец своб-х членов, то получ-ся расшир-я мат-ца с-ы.

Т. Кронекера-Капелли. С-а ур-й лин-но незав-х ур-й совместна  ранг глав-й мат-цы = рангу расш-й мат-цы. Док-во. 1) Пусть (1) совм-на. α₁,α₂,…α_n – реш-е с-ы (1). Тогда получим вер-е рав-ва:

а₁₁*α₁+а₁₂*α₂ +…+а_1n*α_n=b₁, а₂₁*α₁+а₂₂*α₂ +…+а_2n*α_n=b₂,… а_m1*α₁+а_m2*α₂ +…+а_mn*α_n=b_m (2). Выч-м ранг расш-й мат-цы: rangĀ=rang= rang= rang= rangA. 2) Пусть