什么是多項(xiàng)式在生活中的應(yīng)用
什么是多項(xiàng)式在生活中的應(yīng)用
多項(xiàng)式中每個(gè)單項(xiàng)式叫做多項(xiàng)式的項(xiàng)，這些單項(xiàng)式中的最高次數(shù)，就是這個(gè)多項(xiàng)式的次數(shù)。那么你對(duì)多項(xiàng)式了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于什么是多項(xiàng)式的內(nèi)容，希望大家喜歡!
什么是多項(xiàng)式
在數(shù)學(xué)中，多項(xiàng)式(polynomial)是指由變量、系數(shù)以及它們之間的加、減、乘、冪運(yùn)算(非負(fù)整數(shù)次方)得到的表達(dá)式。
對(duì)于比較廣義的定義，1個(gè)或0個(gè)單項(xiàng)式的和也算多項(xiàng)式。按這個(gè)定義，多項(xiàng)式就是整式。實(shí)際上，還沒(méi)有一個(gè)只對(duì)狹義多項(xiàng)式起作用，對(duì)單項(xiàng)式不起作用的定理。0作為多項(xiàng)式時(shí)，次數(shù)定義為負(fù)無(wú)窮大(或0)。單項(xiàng)式和多項(xiàng)式統(tǒng)稱(chēng)為整式。
多項(xiàng)式中不含字母的項(xiàng)叫做常數(shù)項(xiàng)。如：5X+6中的6就是常數(shù)項(xiàng)。
多項(xiàng)式的定理
基本定理
代數(shù)基本定理是指所有一元 n 次(復(fù)數(shù))多項(xiàng)式都有 n 個(gè)(復(fù)數(shù))根。
高斯引理
兩個(gè)本原多項(xiàng)式的乘積是本原多項(xiàng)式。
應(yīng)用高斯引理可證，如果一個(gè)整系數(shù)多項(xiàng)式可以分解為兩個(gè)次數(shù)較低的有理系數(shù)多項(xiàng)式的乘積，那么它一定可以分解為兩個(gè)整系數(shù)多項(xiàng)式的乘積。這個(gè)結(jié)論可用來(lái)判斷有理系數(shù)多項(xiàng)式的不可約性。關(guān)于Q[x]中多項(xiàng)式的不可約性的判斷，還有艾森斯坦判別法：對(duì)于整系數(shù)多項(xiàng)式,如果有一個(gè)素?cái)?shù)p能整除αn-1,αn-2,…,α1,α0，但不能整除αn,且pˆ2不能整除常數(shù)項(xiàng)α0，那么ƒ(x)在Q上是不可約的。由此可知，對(duì)于任一自然數(shù)n，在有理數(shù)域上x(chóng)n-2是不可約的。因而，對(duì)任一自然數(shù)n，都有n次不可約的有理系數(shù)多項(xiàng)式。
分解定理
F[x]中任一個(gè)次數(shù)不小于 1的多項(xiàng)式都可以分解為F上的不可約多項(xiàng)式的乘積,而且除去因式的次序以及常數(shù)因子外，分解的方法是惟一的。
當(dāng)F是復(fù)數(shù)域C時(shí)，根據(jù)代數(shù)基本定理，可證C[x]中不可約多項(xiàng)式都是一次的。因此，每個(gè)復(fù)系數(shù)多項(xiàng)式都可分解成一次因式的連乘積。
當(dāng)F是實(shí)數(shù)域R時(shí)，由于實(shí)系數(shù)多項(xiàng)式的虛根是成對(duì)出現(xiàn)的，即虛根的共軛數(shù)仍是根，因此R[x]中不可約多項(xiàng)式是一次的或二次的。所以每個(gè)實(shí)系數(shù)多項(xiàng)式都可以分解成一些一次和二次的不可約多項(xiàng)式的乘積。實(shí)系數(shù)二次多項(xiàng)式αx2+bx+с不可約的充分必要條件是其判別式b2-4αс<0。
當(dāng)F是有理數(shù)域Q時(shí)，情況復(fù)雜得多。要判斷一個(gè)有理系數(shù)多項(xiàng)式是否不可約，就較困難。應(yīng)用本原多項(xiàng)式理論，可把有理系數(shù)多項(xiàng)式的分解問(wèn)題化為整系數(shù)多項(xiàng)式的分解問(wèn)題。一個(gè)整系數(shù)多項(xiàng)式如其系數(shù)是互素的,則稱(chēng)之為本原多項(xiàng)式。每個(gè)有理系數(shù)多項(xiàng)式都可表成一個(gè)有理數(shù)及一個(gè)本原多項(xiàng)式的乘積。關(guān)于本原多項(xiàng)式有下述重要性質(zhì)。
多項(xiàng)式的運(yùn)算法則
加法與乘法
有限的單項(xiàng)式之和稱(chēng)為多項(xiàng)式。不同類(lèi)的單項(xiàng)式之和表示的多項(xiàng)式，其中系數(shù)不為零的單項(xiàng)式的最高次數(shù)，稱(chēng)為此多項(xiàng)式的次數(shù)。
多項(xiàng)式的加法,是指多項(xiàng)式中同類(lèi)項(xiàng)的系數(shù)相加，字母保持不變(即合并同類(lèi)項(xiàng))。多項(xiàng)式的乘法,是指把一個(gè)多項(xiàng)式中的每個(gè)單項(xiàng)式與另一個(gè)多項(xiàng)式中的每個(gè)單項(xiàng)式相乘之后合并同類(lèi)項(xiàng)。
F上x(chóng)1，x2，…，xn的多項(xiàng)式全體所成的集合Fx【1,x2，…,xn】，對(duì)于多項(xiàng)式的加法和乘法成為一個(gè)環(huán)，是具有單位元素的整環(huán)。
域上的多元多項(xiàng)式也有因式分解惟一性定理。
帶余除法
若 f(x)和g(x)是F[x]中的兩個(gè)多項(xiàng)式，且g(x)不等于0，則在F[x]中有唯一的多項(xiàng)式 q(x)和r(x)，滿(mǎn)足ƒ(x)=q(x)g(x)+r(x)，其中r(x)的次數(shù)小于g(x)的次數(shù)。此時(shí)q(x) 稱(chēng)為g(x)除ƒ(x)的商式，r(x)稱(chēng)為余式。當(dāng)g(x)=x-α時(shí)，則r(x)=ƒ(α)稱(chēng)為余元，式中的α是F的元素。此時(shí)帶余除法具有形式ƒ(x)=q(x)(x-α)+ƒ(α)，稱(chēng)為余元定理。g(x)是ƒ(x)的因式的充分必要條件是g(x)除ƒ(x)所得余式等于零。如果g(x)是ƒ(x)的因式，那么也稱(chēng)g(x) 能整除ƒ(x)，或ƒ(x)能被g(x)整除。特別地,x-α是ƒ(x)的因式的充分必要條件是ƒ(α)=0，這時(shí)稱(chēng)α是ƒ(x)的一個(gè)根。
如果d(x)既是ƒ(x)的因式，又是g(x)的因式,那么稱(chēng)d(x)是ƒ(x)與g(x)的一個(gè)公因式。如果d(x)是ƒ(x)與g(x)的一個(gè)公因式，并且ƒ(x)與g(x)的任一個(gè)因式都是d(x)的因式，那么稱(chēng)d(x)是ƒ(x)與g(x)的一個(gè)最大公因式。如果ƒ(x)=0，那么g(x)就是ƒ(x)與g(x)的一個(gè)最大公因式。當(dāng)ƒ(x)與g(x)全不為零時(shí)，可以應(yīng)用輾轉(zhuǎn)相除法來(lái)求它們的最大公因式。
輾轉(zhuǎn)相除法
已知一元多項(xiàng)式環(huán)F[x][2] 中兩個(gè)不等于零的多項(xiàng)式ƒ(x)與g(x)，用g(x)除ƒ(x)得商式q1(x)、余式r1(x)。若r1(x)=0，則g(x)就是ƒ(x)與g(x)的一個(gè)最大公因式。若 r1(x)≠0，則用 r1(x)除 g(x)得商式q2(x)、余式r2(x)。若r2(x)=0,則r1就是ƒ(x)與g(x)的一個(gè)最大公因式。否則,如此輾轉(zhuǎn)相除下去,余式的次數(shù)不斷降低,經(jīng)有限s次之后，必有余式為零次(即零次多項(xiàng)式)或余式為零(即零多項(xiàng)式)。若最終余式結(jié)果為零次多項(xiàng)式，則原來(lái)f(x)與g(x)互素;若最終余式結(jié)果為零多項(xiàng)式，則原來(lái)f(x)與g(x)的最大公因式是最后一次帶余除法的是除式。
利用輾轉(zhuǎn)相除法的算法，可將ƒ(x)與g(x)的最大公因式rs(x)表成ƒ(x)和g(x)的組合,而組合的系數(shù)是F上的多項(xiàng)式。
如果ƒ(x)與g(x)的最大公因式是零次多項(xiàng)式，那么稱(chēng)ƒ(x)與g(x)是互素的。最大公因式和互素概念都可以推廣到幾個(gè)多項(xiàng)式的情形。
如果F[x]中的一個(gè)次數(shù)不小于1的多項(xiàng)式ƒ(x),不能表成 F[x] 中的兩個(gè)次數(shù)較低的多項(xiàng)式的乘積，那么稱(chēng)ƒ(x)是F上的一個(gè)不可約多項(xiàng)式。
任一多項(xiàng)式都可分解為不可約多項(xiàng)式的乘積。
形如 Pn(x)=a(n)x^n+a(n-1)x^(n-1)+…+a(1)x+a(0)的函數(shù)，叫做多項(xiàng)式函數(shù)，它是由常數(shù)與自變量x經(jīng)過(guò)有限次乘法與加法運(yùn)算得到的。顯然，當(dāng)n=1時(shí)，其為一次函數(shù)y=kx+b，當(dāng)n=2時(shí)，其為二次函數(shù)y=ax^2+bx+c。
多項(xiàng)式的應(yīng)用
函數(shù)及根
給出多項(xiàng)式 f∈R[x1,...,xn] 以及一個(gè) R-代數(shù) A。對(duì) (a1...an)∈An，我們把 f 中的 xj 都換成 aj，得出一個(gè) A 中的元素，記作 f(a1...an)。如此， f 可看作一個(gè)由 An 到 A 的函數(shù)。
若然 f(a1...an)=0，則 (a1...an) 稱(chēng)作 f 的根或零點(diǎn)。
例如 f=x^2+1。若然考慮 x 是實(shí)數(shù)、復(fù)數(shù)、或矩陣，則 f 會(huì)無(wú)根、有兩個(gè)根、及有無(wú)限個(gè)根!
例如 f=x-y。若然考慮 x 是實(shí)數(shù)或復(fù)數(shù)，則 f 的零點(diǎn)集是所有 (x,x) 的集合，是一個(gè)代數(shù)曲線(xiàn)。事實(shí)上所有代數(shù)曲線(xiàn)由此而來(lái)。
另外，若所有系數(shù)為實(shí)數(shù)多項(xiàng)式 P(x)有復(fù)數(shù)根Z，則Z的共軌復(fù)數(shù)也是根。
若P(x)有n個(gè)重疊的根，則 P‘(x) 有n-1個(gè)重疊根。即若 P(x)=(x-a)^nQ(x)，則有 a 是 P’(x)的重疊根且有n-1個(gè)。
插值多項(xiàng)式
在實(shí)際問(wèn)題中，往往通過(guò)實(shí)驗(yàn)或觀測(cè)得出表示某種規(guī)律的數(shù)量關(guān)系y=F(x)，通常只給出了F(x)在某些點(diǎn)xi上的函數(shù)值yi=F(xi),j=1，2，…,n+1。即使有時(shí)給出了函數(shù)F(x)的解析表達(dá)式，倘若較為復(fù)雜，也不便于計(jì)算。因此，需要根據(jù)給定點(diǎn) xi 上的函數(shù)值F(xi),求出一個(gè)既能反映F(x)的特性,又便于計(jì)算的簡(jiǎn)單函數(shù)ƒ(x)來(lái)近似地代替F(x),此時(shí)ƒ(x)稱(chēng)為F(x)的插值函數(shù);x1,x2,…,xn+1，稱(chēng)為插值節(jié)點(diǎn)。求插值函數(shù)的方法，稱(chēng)為插值法。
多項(xiàng)式是一類(lèi)簡(jiǎn)單的初等函數(shù)，而且任給兩組數(shù)：b1,b2,…,bn+1和各不相同的 с1,с2,…,сn+1，總有唯一的次數(shù)不超過(guò)n的多項(xiàng)式ƒ(x)滿(mǎn)足ƒ(сi)=bi，i=1，2，…,n+1。因此在實(shí)際應(yīng)用中常常取多項(xiàng)式作為插值函數(shù)。作為插值函數(shù)的多項(xiàng)式，稱(chēng)為插值多項(xiàng)式。插值多項(xiàng)式在計(jì)算數(shù)學(xué)插值中最常用。
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