多元多項式

多元多項式

多元多項式(polynomial of several variables )是一元多項式的推廣,它是多項式理論研究的重要對象。有限多個單項式之和(假設其中不含同類項)稱為n元多項式,簡稱多項式,n元多項式f中非零單項式的最高次數稱為多項式f的次數,記為 deg f。只含零單項式的多項式稱為零多項式,記為0,零多項式的次數規定為-∞。

基本知識

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設K是一個數域, 是幾個文字(也可稱為變數), 是非負整數, ,稱

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為一個 單項式(monomial)。某個指數 表示變數 不出現,當所有的指數全部等於0時,相應的單項式就是常數項 , 稱為此單項式的 係數,當 ≠0時, 稱為此單項式的 次數,係數為0的單項式稱為 零單項式,簡記為0,零單項式的次數規定為 ,為了表示方便,常常把單項式(1)中各個字母的方冪看成一個n維向量

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稱為這個單項式的 指數向量。並把單項式(1)簡記為 ,又把向量 的分量之和表為 ,於是有(假設 )

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顯然指數向量的分量都是非負整數,因此有 兩個單項式:

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如果滿足 就被稱為 同類項,也就是說, 與 是同類項若且唯若它們的指數向量相等,即 。

n元多項式的定義

有限多個單項式之和(假設其中不含同類項)

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稱為 n元多項式,簡稱 多項式,n 元多項式 中非零單項式的最高次數稱為多項式 的 次數,記為 。只含零單項式的多項式稱為 零多項式,記為0,零多項式的次數規定為 ,例如若

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則 。

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有很多時候需要把多元多項式看成其中某一個變數,例如 的一元多項式

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這裡的係數 都是多項式環 中的元素,我們把 作為某個變數 的一元多項式的次數稱為 關於 的次數,記為 。

和一元多項式一樣,對於n元多項式也可同樣地定義相等、相加、相減和相乘,例如當兩個單項式是同類項時,可以通過係數相加而合併成一項:

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兩個單項式相乘則是把指數向量相加,再把係數相乘:

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n元多項式的加法和乘法具有與一元多項式相同的性質,因此把數域K上所有以 為變數的n元多項式的集合記為

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並稱為數域K上的 n元多項式環

多項式的排序問題

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現在我們要研究 單項式的排序問題,對於一元多項式,按各個項的次數來排列是最自然的,但是對於多元多項式,有相同次數的項不止一個,單按次數排列具有不確定性,所以有必要採用 字典排列法。為此首先在指數向量的集合內定義一個序:對於 ,如果存在 使得

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則稱 優於 ,記為 ,例如

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從這個定義立即可以看出,對於任意兩個不相等的指數向量 ,不是 就是 ,兩者必居其一。而且關係“ ”還具有傳遞性,即從 與 可以得出 ,這說明“ ”確實是指數向量集合的一個序,利用指數向量的序就可以定義單項式的序,即

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我們把這個序(包括指數向量的序以及單項式的序)稱為 字典序(lexicographicorder)。這樣就可以把多項式中的項按字典序排列,當n=1時這種排列法就是 降冪排列法,多項式中按字典排列法次序最前的非零項稱為此 多項式的首項

相關性質

典排列法的首項有以下性質。

定理1

兩個非零多項式的乘積的首項等於這兩個多項式的首項的乘積。

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證明:設這兩個多項式是 ,它們的乘積是 .設 的首項分別為

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它們的乘積等於

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乘積多項式h中的任意單項式的指數向量具有 的形式,其中, 分別是 中的單項式的指數向量,因此有

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我們要證 ,並且等號成立若且唯若 。首先設 若 ,則一定存在i≤n使得

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於是

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即 。同理當 時有 因此

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而且只要 或 有一個成立,就有 這說明(2)式確是h的首項而且h中沒有同類項會和它相消。

推論2

兩個非零多項式的乘積仍是非零多項式。

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