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