Processing math: 100%

Критерий кратности корня

Теорема. Корень α многочлена f(x) является его k-кратным корнем тогда и только тогда, когда он является корнем кратности k1 его первой производной.

Так как мы работаем с критерием, то доказательство будет проведено в обе стороны.

Необходимость. Пусть αk-кратный корень многочлена f(x). Необходимо доказать, что α — корень кратности k1 многочлена f(x). По определению кратного корня можно записать следующее:f(x)=(xα)kf1(x),f1(x)ˉ(xα).

Стоит отметить, что условия f1(x)ˉ(xα) и f(α)0 являются эквивалентными по следствию теоремы Безу.

Дифференцируя f(x), получаем: f(x)=k(xα)k1f1(x)+(xα)kf1(x).Вынося (xα)k1 из первого и второго слагаемого, получаем: f(x)=(xα)k1(kf1(x)+(xα)f1(x)), при этом слагаемое (kf1(x)+(xα)f1(x))ˉ(xα), так как в противном случае выполнялось бы условие f1(x)(xα), что противоречит тому, что αk-кратный корень многочлена f(x).

Следовательно, α — корень кратности k1 многочлена f(x) по определению кратного корня.

Достаточность. Теперь пусть αкорень многочлена f(x) и корень кратности k1 многочлена f(x). Тогда можно записать следующее: f(x)=(xα)f1(x), f(x)=(xα)k1g(x),g(x)ˉ(xα).

Пусть k2. Тогда продифференцируем f(x) и получим: f(x)=f1(x)+(xα)f1(x).Учитывая, что f(x)(xα), то и f1(x)(xα), иными словами, многочлен f1(x) можно представить так: f1(x)=(xα)f2(x). Тогда f(x) представляется в следующем виде: f(x)=(xα)2f2(x). Теперь продифференцируем f(x) в очередной раз, получим: f(x)=2(xα)f2(x)+(xα)2f2(x).

Если k=2, тогда α — простой корень f(x), значит f(x)ˉ(xα)2. Получаем, что f2(x)ˉ(xα), потому α — двукратный корень f(x).

Если же k3, то f(x)(xα)2, тогда из текущего представления f(x) видно, что f2(x)(xα), значит f2(x) можно представить в следующем виде: f2(x)=(xα)f3(x). Откуда f(x) представляется как: f(x)=(xα)3f3(x).

Продолжая такой процесс, получим: f(x)=(xα)k1fk1(x). Дифференцируя f(x), получаем: f(x)=(k1)(xα)k2fk1(x)+(xα)k1fk1(x). По аналогии получаем, что fk1(x)(xα), откуда fk1(x)=(xα)fk(x). Тогда f(x) представляется так: f(x)=(xα)kfk(x).Дифференцируя f(x) ещё раз, получаем следующее: f(x)=k(xα)k1fk(x)+(xα)kfk(x).Теперь, если fk(x)(xα), то α — корень f(x) кратности больше чем k1, что противоречит условию. Значит fk(x)ˉ(xα), тогда α — корень f(x) кратности k, что и требовалось доказать.

Примеры решения задач

  1. Используя критерий кратности корня, найти кратность корня 1 многочлена f(x)=x33x2.
    Решение
  2. Используя критерий кратности корня, найти кратность корня 3 многочлена f(x)=x37x2+15x9.
    Решение
  3. Известно, что 1 — корень четвертой кратности многочлена f(x)=x44x3+6x24x+1. Найти кратность корня 1 многочлена g(x)=4x312x2+12x4.
    Решение
  4. Известно, что α — корень третьей кратности многочлена f(x) и корень второй кратности многочлена g(x). Найти кратность корня α многочлена l(x)=f(x)g(x).
    Решение
  5. Известно, что α — корень седьмой кратности многочлена f(x). Найти кратность корня α многочлена f(x).
    Решение

Тест на тему "Критерий кратности корня"

Проверьте ваши знания на тему «Критерий кратности корня» в данном тесте.

Литература

  1. Личный конспект, составленный на основе лекций Белозерова Г.С.
  2. Кострикин А.И. Введение в алгебру. М.:Наука, 1977, стр. 253-254
  3. Курош А.Г. Курс высшей алгебры. М.: Наука, 1968, стр. 146-147

Кратные корни многочлена

При рассмотрении вопроса о корнях многочлена, особо выделяют понятие кратных корней.

Определение. Пусть задан многочлен f(x)P[x] (P[x]множество всех многочленов от буквы x над полем P) и α, где αкорень многочлена f(x). Элемент α назовем k-кратным (kN, k>1) корнем многочлена, если имеет место следующее представление: f(x)=(xα)kf1(x),f1(α)0.

Принято рассматривать понятие кратного корня для k>1. Если же f(x) можно представить следующим образом: f(x)=(xα)f1(x),f1(α)0, то α называется простым (однократным) корнем многочленаf(x). Если для f(x) имеет место следующее равенство: f(x)=(xα)2f1(x),f1(α)0, то α называется двукратным корнем многочлена f(x). Аналогично, существуют корни трехкратные, четырехкратные и так далее.

Часто условие f1(α)0 заменяют на f1(x)ˉ(xα). Эквивалентность этих условий вытекает из следствий теоремы Безу. Тогда, набор условий, что f(x)(xα)k, но f(x)ˉ(xα)k+1 эквивалентен тому, что αk-кратный корень многочлена f(x).

Процесс нахождения кратности корня

Пусть задан многочлен f(x)P[x] и его корень α ( degf(x)>0). Рассмотрим задачу о нахождении кратности корня α.

Так как α — корень f(x), то имеет место следующее представление: f(x)=(xα)f1(x). Тогда, если α не является корнем f1(x) (f1(α)0), то, по определению, α — простой корень многочлена f(x). В противном случае, αk-кратный (kN, k>1) корень f(x). Задача сводится к нахождению k1, то есть к нахождению кратности корня f1(x), где degf1(x)=degf(x)1. Учитывая, что degf(x)>0, то повторение такого алгоритма решает задачу. Для этого используется алгоритм Горнера.

Стоит упомянуть, что иногда удобней пользоваться критерием кратности корня.

Примеры решения задач

  1. Пусть задан многочлен f(x)=x33x2+4. Определить, является ли 2 корнем многочлена f(x). В случае положительного ответа найти его кратность.
    Решение
  2. Заданы 2 многочлена f(x), g(x). Известно, что α — двукратный корень многочлена f(x) и простой корень многочлена g(x). Найти кратность корня α многочлена f(x)g(x).
    Решение
  3. Задан многочлен f(x)=x5+5x4+10x3+10x2+5x+1. Определить кратность корня 1.
    Решение
  4. Задан многочлен f(x)=(x2)2(x2+x6). Определить, является ли 2 корнем f(x) второй кратности. В случае отрицательного ответа найти его кратность.
    Решение
  5. Задан многочлен f(x)=x88x7+10x6x4. Найти кратность корня 0 многочлена f(x).
    Решение

Тест на тему "Кратные корни"

Проверьте ваши знания на тему «Кратные корни» в данном тесте.

Литература

  1. Личный конспект, составленный на основе лекций Белозерова Г.С.
  2. Кострикин А.И. Введение в алгебру. М.:Наука, 1977, стр. 245-247
  3. Курош А.Г. Курс высшей алгебры. М.: Наука, 1968, стр. 143-145

М1651. О наименьшей и наибольшей площади выпуклой фигуры

Задача из журнала «Квант» (1998 год, 5 выпуск)

Условие

Найдите а) наименьшую, б) наибольшую возможную площадь выпуклой фигуры, все проекции которой на оси Oх, Oу и прямую х=у суть отрезки единичной длины.

Ответ: а) 21; б)2212.

Решение

Для обоих случаев а) и б) фигура F, о которой идет речь в задаче, заключается внутри шестиугольника, являющегося пересечением трех полос (шириной 1 каждая) (рис.1).

Рис. 1
Рис. 1

Назовем такой шестиугольник накрывающим. В случае б) фигура F совпадает с накрывающим шестиугольником, достигая наибольшей площади тогда, когда накрывающий шестиугольник симметричен относительно обеих диагоналей квадрата. Эта наибольшая площадь равна 2212, как показывают элементарные вычисления.

Рис. 2
Рис. 2

Минимальная площадь фигуры F (случай а) реализуется на многоугольнике, который на каждой стороне накрывающего шестиугольника имеет по крайней мере одну вершину. Таким многоугольником будет четырехугольник ABCD (рис.2), который во всех разновидностях накрывающих шестиугольников имеет одну и ту же площадь 21.

В.Тиморин

M1686. О равенстве непрерывных на отрезке функций

Задача из журнала «Квант» (1999 год, 3 выпуск)

Условие

Функции f(x) и g(x) непрерывны на отрезке [0;1] и удовлетворяют равенствам
10f(x)dx=10g(x)dx=1 и 10f2(x)+g2(x)dx=2.
Докажите, что f(x)=g(x) на отрезке [0;1].

Для любой пары неотрицательных чисел а и b справедливо элементарное неравенство a+b2(a2+b2). При этом неравенство обращается в равенство лишь тогда, когда a=b. Ввиду этого и условий задачи, можно записать цепочку неравенств 210(|f(x)|+|g(x)|)dx210f2(x)+g2(x)dx=2.

Отсюда следует, что функции f(x) и g(x) равны и неотрицательны на отрезке [0;1].

Подобным образом читатель может доказать аналогичное утверждение для трех (и более) функций: если f(x), g(x) и φ(x) непрерывны на отрезке [0;1] и 10f(x)dx=10g(x)dx=10φ(x)=1, а
10f2(x)+g2(x)+φ2(x)dx=3, то f(x)=g(x)=φ(x) на [0;1].

В.Произволов