अलघुकरणीय बहुपद

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गणित में, एक अलघुकरणीय बहुपद, मोटे तौर पर बोल रहा है, एक बहुपद है जिसे दो निरंतर बहुपद | गैर-निरंतर बहुपदों के उत्पाद में शामिल नहीं किया जा सकता है। इरेड्यूसबिलिटी की संपत्ति उन गुणांकों की प्रकृति पर निर्भर करती है जो संभावित कारकों के लिए स्वीकार किए जाते हैं, अर्थात, वह क्षेत्र (गणित) जिसमें बहुपद के गुणांक और इसके संभावित कारक शामिल होने चाहिए। उदाहरण के लिए, बहुपद x2 − 2 पूर्णांक गुणांकों वाला एक बहुपद है, लेकिन चूंकि प्रत्येक पूर्णांक भी एक वास्तविक संख्या है, यह वास्तविक गुणांकों वाला एक बहुपद भी है। यदि इसे पूर्णांक गुणांक वाले बहुपद के रूप में माना जाता है, तो यह अप्रासंगिक है, लेकिन यह कारक है यदि इसे वास्तविक गुणांक वाले बहुपद के रूप में माना जाता है। एक कहता है कि बहुपद x2 − 2 पूर्णांकों पर अप्रासंगिक है लेकिन वास्तविक पर नहीं।

एक अभिन्न डोमेन में गुणांक वाले बहुपदों के लिए बहुपद इरेड्यूसबिलिटी पर विचार किया जा सकता है, और दो सामान्य परिभाषाएँ हैं। बहुधा, एक अभिन्न डोमेन पर एक बहुपद R यदि यह उन दो बहुपदों का गुणनफल नहीं है, जिनमें उनके गुणांक हैं, तो उन्हें अप्रासंगिक कहा जाता है R, और यूनिट (रिंग थ्योरी) में नहीं हैं R. समान रूप से, इस परिभाषा के लिए, एक अलघुकरणीय बहुपद बहुपदों के वलयों में एक अलघुकरणीय तत्व है R. यदि R एक क्षेत्र है, अलघुकरणीयता की दो परिभाषाएँ समतुल्य हैं। दूसरी परिभाषा के लिए, एक बहुपद अप्रासंगिक है यदि इसे एक ही डोमेन में गुणांक वाले बहुपदों में शामिल नहीं किया जा सकता है, जिसमें दोनों की सकारात्मक डिग्री है। समतुल्य रूप से, एक बहुपद अप्रासंगिक है यदि यह अभिन्न डोमेन के अंशों के क्षेत्र में अलघुकरणीय है। उदाहरण के लिए, बहुपद दूसरी परिभाषा के लिए अप्रासंगिक है, और पहली परिभाषा के लिए नहीं। दूसरी ओर, में अपूरणीय है दो परिभाषाओं के लिए, जबकि इसमें कम किया जा सकता है एक बहुपद जो कि गुणांक वाले किसी भी क्षेत्र पर अप्रासंगिक है, बिल्कुल अलघुकरणीय है। बीजगणित के मौलिक प्रमेय के अनुसार, एक अविभाजित बहुपद पूरी तरह से अप्रासंगिक है यदि और केवल यदि इसकी डिग्री एक है। दूसरी ओर, कई अनिश्चित (चर) के साथ, किसी भी डिग्री के बिल्कुल अलघुकरणीय बहुपद होते हैं, जैसे कि किसी भी सकारात्मक पूर्णांक के लिए n.

एक बहुपद जो अप्रासंगिक नहीं है, उसे कभी-कभी एक कम करने योग्य बहुपद कहा जाता है।[1][2] बहुपद गुणनखंडन और बीजगणितीय क्षेत्र विस्तार के अध्ययन में इरेड्यूसिबल बहुपद स्वाभाविक रूप से प्रकट होते हैं।

अभाज्य बहुपदों की अभाज्य संख्याओं से तुलना करना सहायक होता है: अभाज्य संख्याएँ (समान परिमाण की संबंधित ऋणात्मक संख्याओं के साथ) अलघुकरणीय पूर्णांक हैं। वे अप्रासंगिकता की अवधारणा के कई सामान्य गुणों को प्रदर्शित करते हैं जो समान रूप से अलघुकरणीय बहुपदों पर लागू होते हैं, जैसे कि प्रमुख या अलघुकरणीय कारकों में अनिवार्य रूप से अद्वितीय गुणनखंडन। जब गुणांक वलय एक क्षेत्र या अन्य अद्वितीय गुणनखंड डोमेन होता है, तो एक अलघुकरणीय बहुपद को एक प्रमुख बहुपद भी कहा जाता है, क्योंकि यह एक प्रमुख आदर्श उत्पन्न करता है।

परिभाषा

यदि F एक क्षेत्र है, तो एक गैर-निरंतर बहुपद 'F पर अपरिवर्तनीय' है यदि इसके गुणांक F से संबंधित हैं और इसे F में गुणांक वाले दो गैर-निरंतर बहुपदों के उत्पाद में शामिल नहीं किया जा सकता है।

पूर्णांक गुणांक के साथ एक बहुपद, या अधिक आम तौर पर, एक अद्वितीय गुणनखंड डोमेन R में गुणांक के साथ, कभी-कभी इर्रिड्यूसिबल (या R पर इर्रेड्यूबल) कहा जाता है यदि यह बहुपद रिंग का एक इर्रिड्यूसिबल तत्व है, अर्थात यह इकाई नहीं है (रिंग थ्योरी), शून्य नहीं, और आर में गुणांक वाले दो गैर-उलटने योग्य बहुपदों के उत्पाद में शामिल नहीं किया जा सकता है। यह परिभाषा एक क्षेत्र में गुणांक के मामले के लिए दी गई परिभाषा को सामान्यीकृत करती है, क्योंकि, एक क्षेत्र पर, गैर- निरंतर बहुपद वास्तव में ऐसे बहुपद हैं जो गैर-उलटा और गैर-शून्य हैं।

एक अन्य परिभाषा का अक्सर उपयोग किया जाता है, जिसमें कहा गया है कि एक बहुपद आर पर अप्रासंगिक है यदि यह आर के अंशों के क्षेत्र (परिमेय संख्याओं का क्षेत्र, यदि आर पूर्णांक है) पर अप्रासंगिक है। इस आलेख में इस दूसरी परिभाषा का उपयोग नहीं किया गया है।

कारक की प्रकृति

एक कारक के लिए एक स्पष्ट बीजगणितीय अभिव्यक्ति की अनुपस्थिति का मतलब यह नहीं है कि एक बहुपद अलघुकरणीय है। जब एक बहुपद को गुणनखंडों में कम किया जा सकता है, तो ये गुणनखंड स्पष्ट बीजगणितीय व्यंजक या अन्तर्निहित फलन हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, के रूप में जटिल संख्याओं पर स्पष्ट रूप से तथ्य किया जा सकता है हालाँकि, एबेल-रफ़िनी प्रमेय कहता है कि 4 से अधिक किसी भी डिग्री के बहुपद हैं जिनके लिए जटिल कारक मौजूद हैं जिनकी कोई स्पष्ट बीजगणितीय अभिव्यक्ति नहीं है। इस तरह के एक कारक को बस के रूप में लिखा जा सकता है, कहते हैं, कहाँ पे स्पष्ट रूप से समीकरण के एक विशेष समाधान के रूप में परिभाषित किया गया है जो बहुपद को 0 के बराबर सेट करता है। इसके अलावा, किसी भी प्रकार के कारकों को मूल-खोज एल्गोरिदम द्वारा प्राप्त संख्यात्मक सन्निकटन के रूप में भी व्यक्त किया जा सकता है, उदाहरण के लिए


सरल उदाहरण

निम्नलिखित छह बहुपद कम करने योग्य और अलघुकरणीय बहुपदों के कुछ प्रारंभिक गुणों को प्रदर्शित करते हैं:

पूर्णांकों पर, पहले तीन बहुपदों को घटाया जा सकता है (तीसरा एक कम किया जा सकता है क्योंकि कारक 3 पूर्णांकों में व्युत्क्रमणीय नहीं है); अंतिम दो अप्रासंगिक हैं। (चौथा, ज़ाहिर है, पूर्णांकों पर बहुपद नहीं है।)

परिमेय संख्याओं पर, पहले दो और चौथे बहुपदों को कम किया जा सकता है, लेकिन अन्य तीन बहुपदों को कम किया जा सकता है (राशनिकों पर बहुपद के रूप में, 3 एक इकाई (रिंग सिद्धांत) है, और इसलिए, एक कारक के रूप में नहीं गिना जाता है) .

वास्तविक संख्याओं पर, पहले पांच बहुपदों को घटाया जा सकता है, लेकिन अलघुकरणीय है।

सम्मिश्र संख्याओं पर, सभी छह बहुपदों को घटाया जा सकता है।

जटिल संख्याओं पर

जटिल क्षेत्र पर, और अधिक आम तौर पर, एक बीजगणितीय रूप से बंद क्षेत्र पर, एक अविभाजित बहुपद अप्रासंगिक होता है यदि और केवल यदि इसकी बहुपद की डिग्री एक है। इस तथ्य को जटिल संख्याओं के मामले में बीजगणित के मौलिक प्रमेय के रूप में जाना जाता है और सामान्य रूप से बीजगणितीय रूप से बंद होने की स्थिति के रूप में जाना जाता है।

यह इस प्रकार है कि प्रत्येक गैर-निरंतर अविभाज्य बहुपद के रूप में गुणनखंड किया जा सकता है

कहाँ पे डिग्री है, प्रमुख गुणांक है और बहुपद के शून्य हैं (आवश्यक रूप से अलग नहीं हैं, और जरूरी नहीं कि स्पष्ट बीजगणितीय अभिव्यक्ति हो)।

सम्मिश्र संख्याओं पर हर डिग्री के अलघुकरणीय बहुभिन्नरूपी बहुपद हैं। उदाहरण के लिए, बहुपद

जो फर्मेट वक्र को परिभाषित करता है, प्रत्येक सकारात्मक एन के लिए अप्रासंगिक है।

वास्तविक से अधिक

वास्तविक संख्या के ऊपर, एक अलघुकरणीय अविभाजित बहुपद के बहुपद की घात या तो एक या दो होती है। अधिक सटीक रूप से, अलघुकरणीय बहुपद एक डिग्री के बहुपद और द्विघात बहुपद हैं जिनके पास एक नकारात्मक भेदभाव है यह इस प्रकार है कि प्रत्येक गैर-निरंतर अविभाज्य बहुपद को अधिकतम दो डिग्री के बहुपदों के उत्पाद के रूप में कारक बनाया जा सकता है। उदाहरण के लिए, के रूप में वास्तविक संख्या से अधिक कारक और इसे आगे कारक नहीं बनाया जा सकता है, क्योंकि दोनों कारकों में एक नकारात्मक विभेदक है:


अद्वितीय गुणनखंडन गुण

एक क्षेत्र पर हर बहुपद F एक गैर-शून्य स्थिरांक और एक सीमित संख्या में अप्रासंगिक (ओवर F) बहुपद। यह अपघटन कारकों के क्रम और गैर-शून्य स्थिरांक वाले कारकों के गुणन तक अद्वितीय है जिसका उत्पाद 1 है।

एक अद्वितीय कारककरण डोमेन पर वही प्रमेय सही है, लेकिन आदिम बहुपद की धारणा का उपयोग करके अधिक सटीक रूप से तैयार किया गया है। एक आदिम बहुपद (रिंग थ्योरी) एक अद्वितीय गुणनखंड डोमेन पर एक बहुपद है, जैसे कि 1 इसके गुणांकों का सबसे बड़ा सामान्य विभाजक है।

होने देना F एक अद्वितीय गुणनखंड डोमेन हो। एक गैर-निरंतर अलघुकरणीय बहुपद F आदिम है। एक आदिम बहुपद से अधिक F अपूरणीय है F अगर और केवल अगर यह के अंशों के क्षेत्र में अप्रासंगिक है F. हर बहुपद खत्म F गैर-शून्य स्थिरांक और गैर-निरंतर इरेड्यूसिबल आदिम बहुपदों की एक परिमित संख्या के उत्पाद में विघटित किया जा सकता है। गैर-शून्य स्थिरांक स्वयं की इकाई (रिंग थ्योरी) के उत्पाद में विघटित हो सकता है F और अलघुकरणीय तत्वों की एक परिमित संख्या F. कारकों के क्रम और एक इकाई द्वारा कारकों के गुणन तक दोनों कारक अद्वितीय हैं F.

यह वह प्रमेय है जो प्रेरित करता है कि एक अद्वितीय कारककरण डोमेन पर अलघुकरणीय बहुपद की परिभाषा अक्सर यह मानती है कि बहुपद गैर-निरंतर है।

सभी कलन विधि जो वर्तमान में पूर्णांकों और परिमेय संख्याओं पर बहुपदों के गुणनखंडन के लिए कार्यान्वयन#कंप्यूटर विज्ञान हैं, इस परिणाम का उपयोग करते हैं (देखें बहुपदों का गुणनखंडन)।

पूर्णांकों और परिमित क्षेत्रों पर

पूर्णांकों पर एक बहुपद की अप्रासंगिकता क्षेत्र से संबंधित है का तत्व (एक प्रधान के लिए ). विशेष रूप से, यदि एक अविभाज्य बहुपद f ऊपर अपूरणीय है कुछ प्रधान के लिए के प्रमुख गुणांक को विभाजित नहीं करता है f (चर की उच्चतम शक्ति का गुणांक), फिर f अपूरणीय है (अर्थात, यह पूर्णांक गुणांक वाले दो गैर-निरंतर बहुपदों का गुणनफल नहीं है)। आइज़ेंस्ताइन की कसौटी इस संपत्ति का एक प्रकार है जहां इरेड्यूसबिलिटी खत्म हो जाती है भी शामिल है।

हालांकि, उलटा सच नहीं है: मनमाने ढंग से बड़ी डिग्री के बहुपद हैं जो पूर्णांकों पर अपरिवर्तनीय हैं और हर परिमित क्षेत्र पर कम हो जाते हैं।[3] ऐसे बहुपद का एक सरल उदाहरण है पूर्णांकों पर इरेड्यूसिबिलिटी और इरेड्यूसिबिलिटी मोडुलो पी के बीच संबंध पिछले परिणाम की तुलना में अधिक गहरा है: आज तक, पूर्णांकों और परिमेय संख्याओं पर गुणनखंडन और इरेड्यूसिबिलिटी के लिए सभी कार्यान्वित एल्गोरिदम एक सबरूटीन के रूप में परिमित क्षेत्रों पर गुणनखंड का उपयोग करते हैं।

डिग्री की संख्या n एक क्षेत्र पर अलघुकरणीय मोनिक बहुपद के लिये q एक प्रमुख शक्ति द्वारा दिया जाता है[4]

कहाँ पे μ मोबियस फ़ंक्शन है। के लिये q = 2, ऐसे बहुपद आमतौर पर छद्म आयामी बाइनरी अनुक्रम उत्पन्न करने के लिए उपयोग किए जाते हैं।

कुछ अर्थों में, शून्य या एक गुणांक वाले लगभग सभी बहुपद पूर्णांकों पर अलघुकरणीय होते हैं। अधिक सटीक रूप से, यदि डेडेकाइंड जीटा फंक्शन के लिए रीमैन परिकल्पना का एक संस्करण माना जाता है, तो स्वतंत्र और समान रूप से वितरित यादृच्छिक चर गुणांक वाले बहुपद के लिए पूर्णांकों पर अलघुकरणीय होने की संभावना {0, 1} डिग्री बढ़ने पर एक की ओर जाता है।[5][6]


एल्गोरिदम

बहुपदों के अद्वितीय गुणनखंड गुण का अर्थ यह नहीं है कि किसी दिए गए बहुपद के गुणनखंड की हमेशा गणना की जा सकती है। यहां तक ​​कि एक बहुपद की अप्रासंगिकता भी हमेशा एक संगणना द्वारा सिद्ध नहीं हो सकती है: ऐसे क्षेत्र हैं जिन पर मनमाना बहुपदों की अनियमितता को तय करने के लिए कोई एल्गोरिदम मौजूद नहीं हो सकता है।[7] बहुपदों के गुणनखंडन और इरेड्यूसिबिलिटी तय करने के लिए एल्गोरिद्म कंप्यूटर बीजगणित प्रणालियों में पूर्णांकों, परिमेय संख्याओं, परिमित क्षेत्रों और इन क्षेत्रों के परिमित रूप से उत्पन्न क्षेत्र विस्तार पर बहुपदों के लिए जाना जाता है और कार्यान्वित किया जाता है। ये सभी एल्गोरिदम परिमित क्षेत्रों पर बहुपदों के गुणनखंडन के लिए एल्गोरिदम का उपयोग करते हैं।

क्षेत्र विस्तार

इरेड्यूसिबल बहुपद और बीजगणितीय क्षेत्र विस्तार की धारणाएं निम्नलिखित तरीके से दृढ़ता से संबंधित हैं।

मान लें कि x क्षेत्र K के क्षेत्र विस्तार L का एक तत्व है। इस तत्व को बीजगणितीय कहा जाता है यदि यह K में गुणांक वाले एक गैर-शून्य बहुपद के एक फ़ंक्शन का शून्य है। बहुपदों में से x एक जड़ है, वहां बिल्कुल वही है जो मोनिक बहुपद है और न्यूनतम डिग्री है, जिसे एक्स का न्यूनतम बहुपद (क्षेत्र सिद्धांत) कहा जाता है। एल के एक बीजगणितीय तत्व x का न्यूनतम बहुपद अप्रासंगिक है, और अद्वितीय मोनिक इरेड्यूसबल बहुपद है जिसमें से x एक जड़ है। एक्स का न्यूनतम बहुपद प्रत्येक बहुपद को विभाजित करता है जिसकी जड़ के रूप में एक्स है (यह एबेल की इरेड्यूसबिलिटी प्रमेय है)।

इसके विपरीत यदि क्षेत्र K पर एक अविभाजित बहुपद है, मान लीजिए बहुपद वलय का भागफल वलय हो आदर्श (रिंग थ्योरी) द्वारा # एक सेट द्वारा उत्पन्न आदर्श P. फिर L एक क्षेत्र है अगर और केवल अगर P अपूरणीय है K. इस मामले में अगर x की छवि है X में L, का न्यूनतम बहुपद x का भागफल है P इसके प्रमुख गुणांक द्वारा।

उपरोक्त का एक उदाहरण जटिल संख्याओं की मानक परिभाषा है यदि एक बहुपद P एक अलघुकरणीय कारक है Q ऊपर K, जिसके पास एक से अधिक डिग्री है, जिसके लिए कोई आवेदन कर सकता है Q एक बीजगणितीय विस्तार के पूर्ववर्ती निर्माण, जिसमें एक विस्तार प्राप्त करने के लिए P की तुलना में कम से कम एक अधिक रूट है K. इस निर्माण को दोहराते हुए, अंततः एक क्षेत्र प्राप्त होता है जिस पर P रैखिक कारकों में कारक। रिंग आइसोमोर्फिज्म तक अद्वितीय इस क्षेत्र को विखंडन क्षेत्र कहा जाता है P.

एक अभिन्न डोमेन से अधिक

यदि R एक अभिन्न डोमेन है, तो R का एक तत्व f जो न तो शून्य है और न ही एक इकाई है, अगर कोई गैर-इकाइयां g और h नहीं हैं, तो f = gh के साथ। कोई दिखा सकता है कि प्रत्येक प्रमुख तत्व अप्रासंगिक है;[8] इसका विलोम सामान्य रूप से सत्य नहीं है, लेकिन अद्वितीय गुणनखंडन डोमेन में है। बहुपद वलय F [x] एक फ़ील्ड F (या कोई अद्वितीय-कारक डोमेन) पर फिर से एक अद्वितीय कारक डोमेन है। आगमनात्मक रूप से, इसका मतलब यह है कि n अनिश्चित में बहुपद की अंगूठी (एक अंगूठी आर पर) एक अद्वितीय कारककरण डोमेन है यदि आर के लिए भी यही सच है।

यह भी देखें


टिप्पणियाँ

  1. Gallian 2012, p. 311
  2. Mac Lane & Birkhoff 1999 do not explicitly define "reducible", but they use it in several places. For example: "For the present, we note only that any reducible quadratic or cubic polynomial must have a linear factor." (p. 268).
  3. David Dummit; Richard Foote (2004). "ch. 9, Proposition 12". सार बीजगणित. Wiley. p. 309. ISBN 0-471-43334-9.
  4. Jacobson 2009, §4.13
  5. Breuillard, Emmanuel; Varjú, Péter P. (2018). "बड़ी डिग्री के यादृच्छिक बहुपदों की इरेड्यूसबिलिटी". arXiv:1810.13360 [math.NT].
  6. Hartnett, Kevin. "समीकरणों के ब्रह्मांड में, वस्तुतः सभी प्रधान हैं". Quanta Magazine. Retrieved 2019-01-13.
  7. Fröhlich, A.; Shepherson, J.C. (1955), "On the factorisation of polynomials in a finite number of steps", Mathematische Zeitschrift, 62 (1): 331–4, doi:10.1007/BF01180640, ISSN 0025-5874, S2CID 119955899
  8. Consider p a prime that is reducible: p = ab. Then p | abp | a or p | b. Say p | aa = pc, then we have: p = ab = pcbp(1 − cb) = 0. Because R is a domain, we have cb = 1. So b is a unit, and p is irreducible.


संदर्भ


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