- •1. Нод целых чисел. Алгоритм Евклида.
- •2. Расширенный алгоритм Евклида. Коэффициенты Безу (линейное разложение нод)
- •3. Взаимно простые числа. Критерий взаимно простых чисел. Свойства взаимно простых чисел.
- •4. Простые числа. Бесконечность множества простых чисел.
- •5. Основная теорема арифметики.
- •6. Сравнения и классы вычетов. Операции (сложение, вычитание, умножение) с классами вычетов.
- •7. Поле комплексных чисел. Операции над комплексными числами в алгебраической форме записи.
- •8. Тригонометрическая форма записи и геометрическая интерпретация комплексных чисел. Умножение и деление комплексных чисел в тригонометрической записи. Формула Муавра.
- •9. Извлечение корня натуральной степени из комплексных чисел.
- •10. Бинарная алгебраическая операция. Ассоциативность. Коммутативность. Полугруппа. Примеры полугрупп. Нейтральный элемент в полугруппе. Симметричные элементы в полугруппе.
- •11. Группа. Примеры групп. Обратные элементы в группе.
- •12. Кольцо. Примеры колец. Мультипликативное свойство нуля. Правило знаков при умножении. Дистрибутивность при вычитании. Лемма о сокращении.
- •13. Поле. Примеры числовых полей. Делители нуля в поле.
- •14. Кольцо вычетов. Необходимое и достаточное условие, при котором кольцо вычетов является полем.
- •15. Изоморфизм групп, колец и полей.
- •16. Кольцо многочленов. Деление с остатком. Делимость.
- •17. Наибольший общий делитель многочленов. Алгоритм Евклида.
- •18. Расширенный алгоритм Евклида для многочленов. Коэффициенты Безу (линейное разложение нод).
- •19. Взаимно простые многочлены. Критерий взаимно простых чисел. Свойства.
- •20. Неприводимые многочлены над полем. Существование и единственность разложения многочленов на неприводимые множители.
- •21. Освобождение многочлена от кратных множителей.
- •22. Деление многочлена на линейный множитель. Теорема Безу. Схема Горнера
- •23. Корни многочлена. Кратность корня. Производная многочлена. Корни производной.
- •25. Лемма о старшем члене.
- •26. Доказательство основной теоремы алгебры.
- •27. Разложение многочлена на линейные множители над полем комплексных чисел. Разложение на линейные и квадратичные множители многочлена с вещественными коэффициентами.
- •28. Формулы Виета.
- •29. Интерполяционный многочлен. Его существование и единственность. Интерполяционный многочлен в форме Лагранжа.
- •30. Поиск рациональных корней многочлена с целыми (рациональными) коэффициентами.
- •31. Примитивные многочлены. Лемма Гаусса. Эквивалентность неприводимости многочленов над полемрациональных и кольцом целых чисел.
- •32. Признак Эйзенштейна неприводимости многочленов над кольцом целых чисел.
- •33. Алгоритм Кронекера разложения многочлена над кольцом целых чисел.
- •35. Деление отрезка в заданном отношении.
- •36. Скалярное произведение геометрических векторов. Его свойства. Выражение скалярного произведения через координаты в ортонормированном базисе.
- •37. Векторное произведение. Его свойства. Выражение векторного произведения через координатывекторов в ортонормированном базисе.
- •38. Смешанное произведение. Его свойства. Выражение смешанного произведения через координаты векторов.
31. Примитивные многочлены. Лемма Гаусса. Эквивалентность неприводимости многочленов над полемрациональных и кольцом целых чисел.
Ненулевой многочлен f = a0xn+a1xn−1+. . .+an−1x+an ∈ Z[x] называется примитивным,если его коэффициенты a0, a1, . . . , an взаимно просты в совокупности.
Лемма Гаусса. Произведение примитивных многочленов является примитивным многочленом.
Доказательство. Пусть
и многочлены g и h примитивны. Поэтому для любого простого p найдутся такие s и t, что
bi:p (i = 0, 1, . . . , s − 1), bs<:>p, cj;p (j = 0, 1, . . . , t − 1), ct<:>p.
Докажем, что as+t<:>p, что докажет примитивность многочлена f. Имеем
Каждое из слагаемых bs−1ct+1, bs−2ct+2 и т. д. делится на p, так как bi:p при i < s. Каждое из слагаемых bs+1ct−1, bs+2ct−2 и т. д. делится на p, так как cj:p при j < t. Но bsct<:>p.
Теорема. Если многочлен f э Z[x] допускает разложение на многочлены g э Q[x] и h э Q[x], то f допускает также разложение на многочлены cg э Z[x] и c1h э Z[x], где c, c1— некоторые константы.
Доказательство.
НОД(p, q) = 1, НОД(p1, q1) = 1
Так как f ∈ Z[x], то qq1 должно сократиться с pp1^g^h. Но многочлен ^g^h примитивен, поэтому знаменатель qq1 должен сократиться с pp1, т. е. (pp1)/(qq1) ∈ Z. Полагая,
например, c = p1/q1, c1 = q1/p1, получаем f = (cg)(c1h),
причем
Следствие. Многочлен f э Z[x] неприводим над Q тогда и только тогда, когда он неприводим над Z, т. е. не допускает разложения на многочлены ненулевой степени из Z[x].
Приведенное следствие существенно облегчает доказательство неприводимости многочленов над полем Q. Приведем одно из известных достаточных условий неприводимости многочлена над Q.
32. Признак Эйзенштейна неприводимости многочленов над кольцом целых чисел.
Пусть
—
примитивный
многочлен, причем существует простое
p, такое, что
тогда f неприводим над Z и, следовательно, над Q.
Доказательство. Предположим противное. Пусть f = gh, где
Для определенности будем считать, что k ≤ m. Имеем
Так как an:p и an6:p2, то из (γ0) следует, что один из коэффициентов bm или ck делится на p, а другой нет. Рассмотрим случай bm:p, ck<:>p. Противоположный случай рассматривается аналогично.
Так как an−1:p, bm:p и ck<:>p, то из (γ1) следует, что bm−1<>p. Так как an−2<>p, bm−1<>p, bm<>p и ck<:>p, то из (γ2) следует, что bm−2:p. Продолжая аналогичные рассуждения далее, в частности, из (γn−k) получим, что b0:p. Теперь из (γn) вытекает a0:p. Противоречие.
33. Алгоритм Кронекера разложения многочлена над кольцом целых чисел.
Метод Шуберта–Кронекера — это классический метод нахождения разложения многочлена с целыми коэффициентами на неприводимые множители. Он основан на двух простых наблюдениях. Пусть f ∈ Z[x], deg f = n. Если f = gh, где g ∈ Z[x] и h ∈ Z[x], то deg g ≤ s или deg h ≤ s, где
s = ⌊n/2⌋. Далее, если x0 ∈ Z, то f(x0):g(x0) и f(x0):h(x0).
Метод заключается в следующем. Выбираем x0, x1, . . . , xs — некоторые попарно различные целые числа. Составлям всевозможные наборы c0, c1, . . . , cs, такие, что cj — произвольный делитель числа f(xj ) (j = 0, 1, . . . , s). Для каждого такого набора восстанавливаем многочлен g, такой, что g(xj ) = cj (j = 0, 1, . . . , s) (например, по формуле интерполяционного многочлена Лагранжа). Делением проверяем f: g. Если f = gh, то применяем к многочленам g и h ту же процедуру. Если f не делится ни на один из построенных многочленов g, то f неприводим над Q.
34. Геометрические векторы. Линейные операции над ними. Коллинеарные и компланарные векторы <Школьная программа>
Базис. Аффинная (общая декартова) и прямоугольная системы координат.
Теорема. Пусть e1, e2 образуют базис на плоскости. Тогда для любого вектора a на плоскости существуют, причем единственные, скаляры α1 и α2, такие, что
a = α1e1 + α2e2
Доказательство. Существование. Отложим векторы из одной точки O. Через конец вектора a проведем прямую параллельно вектору e2 до пересечения с прямой, на которой лежит e1. Аналогично, через конец вектора a проведем прямую параллельно вектору e1 до пересечения с прямой, на которой лежит e2. Получаем, что a = α1e1 + α2e2 для некоторых чисел α1, α2.
Единственность. Предположим, что имеется два разложения:
т. е. векторы e1 и e2 коллинеарны, что невозможно, так как они образуют базис. К аналогичному выводу приходим, предположив, что α2 <> β2. Следовательно, α1 = β1, α2 = β2, т. е. разложение по базису единственно.
Равенство называется разложением вектора a по базису e1, e2, а скаляры α1 и α2 —координатами вектора a в базисе e1, e2.
Тот факт, что координаты вектора a в базисе e1, e2 суть α1 и α2, будем записывать следующим образом:
или (чтобы уточнить, в каком базисе заданы координаты)
Совокупность некоторой фиксированной точки O (полюса) и базиса e1, e2 на плоскости называется (аффинной) системой координат. При этом точка O называется началом системы координат, а прямые, проходящие через O параллельно базисным векторам, — ее осями. На каждой из осей задается направление, определяемое направлением соответствующего базисного вектора. Оси системы координат на плоскости традиционно называются осью абсцисс (или осью Ox) и осью ординат (или осью Oy). Координатами точки A в некоторой системе координат O, e1, e2 называются координаты ее радиус-вектора:
[A] = [OA ]
Имеем AB =OA −OB , поэтому координаты вектора равны координатам его конца минус координаты начала.
Базис e1, e2 называется ортогональным, если векторы e1 и e2 ортогональны. Базис e1,e2 называется ортонормированным, если векторы e1 и e2 суть ортогональные единичные векторы. Если базис e1, e2 ортонормированный, то система координат O, e1, e2 называется прямоугольной, или декартовой системой координат.
