Главная      Учебники - Разные     Лекции (разные) - часть 50

 

Поиск            

 

Шпаргалки для экзамена по геометрии, алгебре, педагогике, методике математики (ИГПИ)

 

             

Шпаргалки для экзамена по геометрии, алгебре, педагогике, методике математики (ИГПИ)

Кольцом называется числ. множ. На котором выполняются три опер-ии: слож, умнож, вычит.
Полем наз. Числ множ. На котором выполняются 4 операции: слож, умнож, вычит, деление(кроме деления на 0).

Впопрос 1.
Система натуральных чисел. Принцип мат. Индукции.

Аксиомы Пиано: 1.В N cущ. ! элем. a’ непосредст. следующий за а. 2.Для люб-го числа а из N сущ-т ! эл-т а’ непосредственно следующий за а. 3. Для люб. элем-та из N сущ. не более 1 эл-та за которым непосредственно следует данный эл-т. 4. Пусть М ċ N и выполн-ся: 1. 1€ М 2. если а€М след-но а’€M тогда М=N

опр: Любое множество N для эл-тов которого установлено отношение ‘непосредственно следовать за’ удавлет-щее аксиомама Пиано наз-ся множеством натуральных чисел.

Алгебр-ие операц-и на N: 1. Сложение – это алг. опер-я определенная на N и обладающая свойствами: 1.(для люб. а) а+1=а’ 2. (для люб. а,b) a+b’= (a+b)’ (a+b-сумма, а,b -слогаемые) Т.Сложение нат. чисел сущ и !. 2. Умножение: 1. для люб а а*1=а 2. для люб а,b a*b’=ab+a T/ Умножение нат чисел сущ. и !.

Свойства сложения: 1. для люб. а,bˆN a+b=b+a (комут-ть) 2. Длб люб. a,b,cˆN (a+b)+c=a+(b+c) (ассац-ть)

Свойства умнож-я: 1.(Для люб. а,bˆN) ab=ba 2. (для люб. a,b,c ˆN) (ab)c=a(bc) 3.(a,b,cˆN) a(b+c)=ab+ac

Операции вычитания и деления лишь частично выполняются на N. Отношение порядка на N: На N введем отношение ‘<’ cледующим образом: a

Принцип мат. индукции и его формулировки: 1. Если некоторое утвержд. А(n) с натураль. переменной n справедливо при n=1 и из справедливости при n=k следует справедливость при n=k+1 , то даное утверждение справедливо при любом nˆN.

2. Если некоторое утвер-е А(n) справедлино при n=1 и из справедливости его для всех n

3. Если А(n) справедливо при n=a и из справ-ти при n=k следует его справ-ть при n=k+1, то данное утверж-е будет справедл-во при na.

Cвойства N: 1. N-упорядоченное. 2. N линейно упорядоченное (т.е.вероно только одно ab.) 3Сложение монотонно на N 4. Умножение монотонно. 5. N бесконечное и ограниченное снизу еденицей. 6. Любое непустое подмножество множ. N содержит наименьший эл-т. 7. N дискретно 8 Выполняется принцип Архимда (Va,bˆN) (сущ. nˆN) a*n>b


Вопрос 2.

Простые числа. Беск-ть мн-ва простых чисел. Канонич. разложение составного числа и его !.

Всякое число р€N, р>1 не имеющее др. натур-х делит-й, кроме 1 и р, наз-ся простым. Всякое число р€N≠1 и не явл-ся простым, наз-ся составным. Число 1 не явл-ся ни простым, ни сост-м. Мн-во N можно разбить на: простые, сост-е и 1. Св-ва: 1. Наим-й делитель всякого нат-го числа есть число простое. 2. Нат-е число n и простое число р либо взаимнопростые, либо р|n. 3. Если р-простое и р|a1*a2*…*an , то р|a1 или р|a2 …или р|an. 4. Если р|р12*…*рn и р, р1, р2… рn – простые числа, то р=р1 или р=р2 или… р=рn.

Наим-й простой делитель нат-го числа n не превос-т √n. Док-во: пусть р-наим-й простой дел-ль n. Покажем р≤√n. р|n => n=р*q (1), р≤q. Заменим в (1) q на р: n≥р2, т.к. р2≤n, р≤√n. ■

Всякое нат-е число n>1 либо явл-ся простым, либо м.б. предст-а в виде произв-я простых множ-й n12*…*рr, r≥1 (1) и (1) явл-ся ! с точностью до порядка следования множ-й. (1) наз-ся разл-м числа n на простые множ-ли. Док-во: 1. док-во сущ-я предст-я (1): Если n –число простое, то ■. Пусть n-сост-е и р1 его натур-й дел-ль. Как было док-но р1 число простое и можно записать: n=р*n1, где р≤n1. Если n1 число простое, то ■; если n1 сост-е, то р2 – его наименьший простой делитель. n12*n2, n=р12*n2. Если n2 сост-е, то рассуждаем аналог. Это можно прод-ть пока не придем к какому-либо ns=1. То, что после конечного числа шагов такое ns должно получ-ся => из того, что n>n1>n2>…>ns мн-во нат-х чисел, т.е. все эти числа меньше n. Итак, через конеч-е число шагов число n можно пред-ть в виде (1). 2. Док-во !: Предпол-м, что сущ-т 2 разлож-я числа n на простые множ-ли n=p1*p2*…*pr и n=q1*q1*…*qs, где р1, …рr, q1,…qs простые числа. p1*p2*…*pr= q1*q2*…*qs. Нужно показ-ть r=s. Левая часть делит-ся на р1 => на р1 делит-ся и правая часть. Учит-я, что в правой части стоят также простые числа, то по свойству простых чисел р совпадает с одним из них. Пусть р1=q1, тогда после сокращ-я: p2*…*pr= q2*…*qs. Аналог. рассуж-я, убеждаемся, что р2 совп-т с одним из множ-й q. Пусть р2=q2, после сокр-я: p3*…*pr= q3*…*qs и т.д. Предпол-м, что r≠s. Пусть rr+1*…*qs, но это равен-во невозм-но, т.к. произв-е простых чисел ≠1. Итак, r=s и представ-е (1) ! с точностью до порядка следования множ-й.■

N=p1 α1* p2 α2*… *pk αk – каноническое разлож-е числа n на простые множ-ли. Показ-т, что все делители числа n исчерпыв-ся числами вида p1 β1* p2 β2*… *pk βk, где 0≤β1 ≤α1, …0≤βк ≤αк.

Теорема Евклида: мн-во сех простых чисел бесконечно.

Решето Эратосферна. Выписать все нат-е числа от 2 до m из них вычеркивают каждое второе после простого числа 2. Первым не зачеркнутым числом остается простое число 3. Теперь выч-т каждое 3-е число, причем считают и те числа, кот. выч-ты ранее и т.д. После выч-я всех чисел кратных простому числу рn первое не зач-е число будет простым – рn+1. рn+1- простое число, т.к. иначе оно имело бы простой делит-ль ≤рn, но все числа кратные простым ≤рn уже вычеркнуты. Поэтому выч-е кратные простому числу рn+1 следует начинать с (рn+1)2 и состав-е таблиц простых чисел ≤m => считать закон-м как только найдено число >√m.


Вопрос 3.

Кольцо целых чисел. Теорема о делении с остатком. НОД и НОК двух чисел.

На N вып-ы опер-и “+” и “*”, но опер-я “-” вып-ся частично, т.е. ур-е а+х=в в N не всегда разреш-о. Это одна из причин разширения N. При расщ-и одной с-ы чисел до др-й должны вып-ся несколько треб-й: 1) NЄZ. 2) +,* должны вып-ся в Z, причем рез-ы опер-й для чисел из N в N и Z должны совп-ть. 3) +,* - комут-ы, ассоц-ы и связ. дистр-м законом. 4) в Z должна вып-ся опер-я “-”. т.е. ур-е а+х=в одноз-о разрешимо в Z для люб-х а,вЄZ. 5) Z должно быть миним. расш-м из всех расш-й мн-ва N облад-е св-ми 1-4.

Число в делит а, если сущ-т qЄZ, что а=b*q. Отношение “b делит а” наз-ют отношением делимости и зап-т b|а. Св-ва: 1) (Ґа)(а|a). 2) (Ґa,b,c)(a|b^b|c=>a|c). 3) (Ґа)(а|0). 4) (Ґа)(0ła). 5) (Ґа)(1|a^-1|a). 6) a|b^b|a=> b=±a. 7) (Ґx)(а|b=>a|b*x). 8) (Ґx1,x2,…xr)(b|a1^b|a2…^b|ar=>b|(x1a1+x2a2+…+xrar)).9)(Ґа,b)(b|a=>|b|0^b>0=>bb|(-a)=>(-b)|a.

Теорема о делении с остатком. Разделить целое число a на bЄZ, это значит найти 2 таких q и rЄZ, что a=b*q+r (1) 0≤r<|b|, q- неполное частное, r-остаток. (Ґa,bЄZ^b#0 сущ-т !q, r, что a=b*q+r, 0≤r<|b|). Док-во: 1) Возм-ть дел-я с ост-м. 2 случая: 1. aЄZ, b>0, т.е. bЄN. Рассм. всевоз-е кратные числа b.Пусть b*q наиб. кратные числа b не превыш-е a, т.е. b*q≤a0, т.е. –bЄN и имеем случай 1. т.е. сущ-т q,rЄZ, что a=(-b)*q+r, 0≤r<|-b| => a=b*(-q)+r, 0≤r<|b|. 2) !-ть дел-я. Пусть деление a на b не !, т.е. сущ-ют 2 неполных частных q1, q2 и два остатка r1, r2, тогда a=b*q1+r1, 0≤r1<|b|, a=b*q2+r2, 0≤r2<|b|. b*q1+r1=b*q2+r2; b*(q1-q2)=r2-r1 => b|(r2-r1). Но т.к. 0≤r1<|b| и 0≤r2<|b| => |r2-r1|<|b|. b|(r2-r1)^ |b|>|r2-r1| => r2-r1=0. т.е. r1=r2, но и тогда q1=q2.■ Следствие. ҐaЄZ^bЄN сущ-т !q, r, что a=b*q+r, 0≤r

Общим делителем чисел a1,a2,…ar наз-ся такое число c, что с|a1^ с|a2^…с|ar. c=ОД(а12,…аr). НОД (а12,…аr) наз-ся такой их общий дел-ль d, кот делится на всякий др. общ дел-ль. чисел а12,…аr. Обозн. d=НОД(а12,…аr). Итак, d=НОД(а12,…аr)  1. d| а1^d|а2^…d|аr. 2. c=ОД(а12,…аr) => с|d.

Алгоритм Евклида. Пусть Ґa,bЄZ, b#0. т.к. отнош-е делимости сохр-ся при измен-и знаков чисел, то НОД(a,b)=НОД(a,-b). Поэтому огран-ся случ-м aЄZ, bЄN. Делим a на b c остатком a=b*q+r1. Если r1=0, т.е. a=b*q, то НОД(a,b)=b. Пусть r#0, 011 c остатком. Если r2 – остаток, то делим r1 на r2 и т.д. Получ сов-ть равенств: a=b*q+r1, 011*q1+r2, 021; r1=r2*q2+r3, 032; … rn-2=rn-1*qn-1+rn, 0nn-1; rn-1=rn*qn. Этот процесс явл-ся конеч, т.к. мы имеем ряд убыв-х целых, кот. фвл-ся неотриц. т.е. непременно придем к остатку на кот-й разд-ся предыд. остаток. Последние рав-ва наз-ют алгор. Евклида для чисел (a,b). Св-ва НОД. 1. Последний не равный 0 остаток в алгоритме Евклида явл-ся НОД(a,b). 2. (ҐmЄN) НОД(a*m,b*m)=m*НОД(a,b).3.m|a^m|b=>НОД(a/m,b/m)=(НОД(a,b))/m. Числа а12,…аr наз-ся взамно-простыми числами, если НОД(а12,…аr)=1. Всякое целое число, кот. делится и на a, и на b, наз-ся общим кратным делителем. Наим. из всех натур-х ОК наз-ся НОК. Св-ва НОК: 1. НОК(a,b)= их произведению, деленному на НОД. 2. Совокуп-ть ОК 2-х чисел совп. с совокуп-ю кратных их НОК. 3. Числа (НОК(a,b)/a) и (НОК(a,b)/b) взаимно-просты. 4. Если a,b вз.-пр., то НОК(a,b)=a*b. 5. (ҐmЄN) НОК(a*m,b*m)=НОК(a,b)*m.

Нахождение НОД и НОК Чтобы найти НОД нужно взять произведение общих простых множ-й, вход-х в канонич-е разлож-е этих чисел, причем каждый такой простой множ-ль нужно взять с наим. показ-м. НОК тоже самое, но каждый множ-ль взять с наиб. показ-м.


Вопрос 4.

Система рацион-х чисел.

Если рассм. мн-во Z, то в Z ур-е a*x=b не всегда разрешимо. => расшир-е кольца целых чисел до поля Q-рац-х чисел. (Др. причина – измерение отрезков не всегда выр-ся целым числом). При этом должны вып-ся усл-я: 1. Z подкольцо кольца Q. 2. ур-е a*x=b, a#0 одноз-но разреш. Ґa,bЄQ. 3. Q должно быть миним. расш. с-ы Z. С-а Q явл-ся полем, кот. наз-ся поле рац-х чисел.

Рассм. мн-во Q={p/q| pЄZ,qЄN}. на мн-ве дробей рассм. отнош. равносильности “~”: p/q~k/l  p*l=k*q. Покажем, что это отнош-е эквивал-ти. 1. a/b~a/b. т.к. a*b=a*b (рефл-ть). 2. a/b~c/d => c/d~a/b (сим-ть). Проверим a/b~c/d  a*b=b*c => c*b=d*a  c/d~a/b. 3. a/b~c/d ^ c/d~e/f => a/b~e/f (тран-ть). a/b~c/d ^ c/d~e/f => a*d=c*b ^ c*f=d*e => a*d*c*f=c*b*d*e. a*f=b*e =>a/b~e/f. Если с=0, то все 3 др. 0, т.е. равн-ы. Отнош-е равн-ти дроби на Q явл-ся отнош-м экв-ти => равнос-е дроби также явл-ся эквив-ми.

Св-во экв-х дробей: 1. a/b~(a*c)/(b*c) c#0. Всякому отнош-ю эквивл-ти соот-т разбиение на классы экв-ти. Класс эквив-х дробей наз-ся рац-м числом. Рац-е число хар-ся Ґ из своих представителей. Дроби, вход-е в один и тот же класс пред-т ! рац-е число => считаются равными. p/q, где q≠0 наз-ся несократ-й записью, если НОД(a,b)=1. Для Ґ положит-го q сущ-т ! запись в виде несократ-й дроби. Введем на Q отнош-е «меньше» так, что q0. Легко видеть, что отн-е «<» явл-ся отн-м строгог порядка, т.е. оно антиреф., антисим., транзит. И явл-ся отнош-м линейного порядка,т.е. Ґq1,q2ЄQ вып-ся ! из: q12, q1=q2, q1>q2. Можно показ-ть, что для отнош-я «<» вып-ся монот-ть сложения и монот-ть умнож-я: 1. (Ґq1,q2,cЄQ)(q12 => q1+c2+c). 2. (Ґq1,q2,cЄQ)(q12 ^ c>0 => q1*c2*c). Док-во: Пусть q11, тогда q2-q1>0. Найдем: q2*c-q1*c=c*(q2-q1)>0 (т.к.c>0, q2-q1>0). q2*c-q1*c>0 => q1*c2*c. Св-ва мн-ва Q. 1. ВQ нет ни наим, ни наиб. числа. 2. Q – счетное мн-во, т.к. можно устанть биек-е отображ-е, f:Q>--->>N. Q-полтно, т.е. что между Ґ 2 пац-ми числами нах=ся беск-но много рац-х чисел. 4.Q- поле рац-х чисел. 5. Поле Q явл-ся лин.-упор-м полем.

При обращ-и обыкнов-й несокр-й a/b в десят-ю возм-ы случаи: 1) Если в разлож. знамен. b на простые множ-ли встреч-ся только 2 или 5, то несокр. дробь a/b обращ-ся в конеч. дес-ю. 2) Если НОД(b,10)=1, то a/b представима в виде бескон-й чисто период-й десят-й дроби. 3) Если в разлож-и b на простые множ-ли кроме 2 и 5 встреч-ся другие числа, то дробь обращся в смешан-ю период-ю десят-ю дробь.


Вопрос 5.

Поле комплексных чисел(к.ч.). Геом-е предс-е к.ч. и операции над ними. Тригон-я форма к.ч.

Х1+1=0 (1) не разрешимо в R – причина расширения с-ы R до с-ы чисел, в кот-й (1) имело бы реш-е. В кач-ве строит-го матер-ла можно взять точки плоск-ти: M={(a,b)|a,bЄR}. Т.к. точки плос-т нам не приход-сь умн-ть и склад-ть, то опер-ции над ними можно задать так, чтобы мн-во было полем, содерж-е поле R и в кот-м (1) имело бы реш-е: (a,b)+(c,d)=(a+c,b+d); (a,b)*(c,d)=(a*c-b*d,a*d+b*c) и (a,b)=(c,d)  a=c ^ b=d. Можно док-ть, что слож-е и умнож-е комут-ы, ассоц-ы и связ-ы дист-м законом. Для них вып-ся обратные опер-ции: вычит-е, делен-е, кроме дел-я на 0,т.е. ур-я (c,d)+(x,Y)=(a,b) и (c,d)*(x,y)=(a,b), где (c,d)≠(0,0) одноз-но разр-мы. Нейтр-й Эл-т относ-о слож-я: 0=(0;0). Нейтр-й Эл-т отн-о умнож-я: 1=(1;0). 1) С-а M=(M,0,1,+,-,*) поле. 2) M явл-ся расш-м поля R, т.е. Rсодер-ся в M изоморф-е полю R. R={(a,0)|aЄR}. R’-подполе поля M, т.е.R’ замкнуто относ-о всех опер-й кольца и Ґ эл-а ≠0 из R’ обратный Эл-т также ЄR’. 3) R изоморфно R. Можно уст-ть биект-е отобр-е: φ:R R’; φ: a (a,0) и вып-ся 2 усл-я: образ суммы двух эл-в = сумме образов, образ произв-я 2 эл-в = произв-ю образов. С – поле к.ч. Покажем, что (1) разреш. Возьмем точку i=(0,1): (0,1)*(0,1)=(-1,0)≡-1. i – корень ур-я (1), мнимая единица, расп-я на ОУ. Запись: (a,b)=a+b*i алгеб-я, α=|α|*(cosφ+i*sinφ) триг-я, где |α|= ; cosφ=a/|α|; sinφ=b/|α|. 1. Чтобы умнож-ть 2 к.ч. в триг-м виде, нужно переем-ть их модули и сложить аргументы (углы). 2. Разд-ть 2 к.ч.: разд-ть их модули и вычесть аргум-ы. 3. Чтобы возвести к.ч. в целую полож-ю степень, нужно воз-ти в эту степень модуль и аргумент умнож-ть на показ-ль степени. 4. Чтобы извлечь из к.ч. корень n степени нужно извлечь корень из модуля и (аргумент +2Пк)/n, где кЄZ. Придавая к разл-е знач-я, получ-т серии повтор-ся знач-й, т.е. к=0,1,…n-1.


Вопрос 6.

Мн-ны от одной переменной.

Пусть А=(А,0,1,+,-,*) – обл-ть целостности. Построим с пом-ю его новое комут-е кольцо A[x], основанное на мн-ве,, которое есть мн-во бесконечных послед-й, облад-х св-м: в них лишь конечное число коэф-в ≠0, т.е. A[x]={(a0,a1,…)|a0,a1,…ЄA}, ai≠0 конеч-е число. Такие посл-ти наз-ся полиномами от 1 неиз-го. Равенство полиномов и операции над ними опре-ся так: 1. (a0,a1,…)=(b0,b1,…)  a0=b0 и a1=b1 и…. 2. (a0,a1,…)+(b0,b1,…)=(a0+b0, a1+b1…). 3. (a0,a1,…)*(b0,b1,…)=(a0b0, a1b1…). 4. 0=(0,0,0,…). 5. 1=(1,0,0,…). 6. -(a0,a1,…)=(-a0, -a1…). Нетрудно проверить: 1) с-а (A[x],0,+,-) аддитивная абелева группа, 2) с-а A[x],1,*) – мультипликативный моноид, 3) + и * связаны дистрибутивным законом. С-а A[x]=(A[x],0,1,+,-,*) – комут-е кольцо. Другой вид записи полинома: f(x)=a0+a1x+a2x2+…+amxm. Слагаемые в записи f(x) наз-ся одночлекнами, а f(x) наз-ся мн-м от 1 неизв-го. Эл-ы аЄА наз-ся мн-ми нулевой степени. Св-ва. Пусть А – обл-ть целостности. Кольцо полиномов от 1 неизв-го A[x]=(A[x],у, 1,+, -,*) – обл-ть целостности. => Если степень f(x)=n и степень g(x)=m => степень f(x)g(x)=n+m. Пусть А – обл-ть целостности. Делителем единицы кольца полиномов A[x] явл-ся делители единицы кольца А. В обл-ти цел-ти A[x] других делителей единицы нет.

Рассм-м кольцо мн-на Р[x] над полем Р. Мы знаем, что Ґ числов-е поле явл-ся обл-ю целостности с бескон-м числом эл-в. В кольце полиномов Р[х] теорема о делении с остатком имеет место для Ґf(x), g(x)ЄP[x], что g(x)≠0. Мн-н f(x) делится на мн-н g(x)≠0, если сущ-т мн-н n(x)ЄP[x], что f(x)=g(x)n(x). Деление не всегда будет выполнимо в кольце Р[x]. Св-ва. 1. Ґf(x)ЄP[x], f(x)|f(x). 2. f(x), g(x)ЄP[x], g(x)|f(x) и f(x)|g(x) => f(x) и g(x) ассоц-ы, f(x)=cg(x), cЄP[x]. 3. g(x)|f(x) и φ(x)|g(x) => g(x)|(f(x)±φ(x)). 4. Если f1(x), f2(x),…, fk(x) делятся на g(x), для Ґc1, c2,…ckЄР, то сумма [c1f1(x)+c2f2(x),…,ckfk(x)] делится на g(x). 5. Если g(x)|f1(x) => f1(x)f2(x)…fk(x) делится на g(x). 6. Если f1(x)|g(x), f2(x)|g(x),…fk(x)|g(x) => g(x)|[ n1(x)f1(x)+ n2(x)f2(x)+…+nk(x)fk(x)], ni(x), fi(x), gi(x)ЄP[x], i=1,2,…k. 7. Если n(x), f(x), g(x)ЄP[x] и n(x)|f(x) и g(x)|n(x), то g(x)|f(x). 8. Мн-ны нулевой степени из Р[х] явл-ся делителями Ґf(x)ЄP[x]. 9. Мн-ны cf(x), где с≠0 и только они будут делителями мн-на f(x) имеюш-ми такую же степень, что и f(x). 10. ҐДелитель f(x), cf(x), c≠0 будут делителями и для другого мн-на. Пусть Ґf(x), g(x)ЄP[x]. Общим делителем мн-в f(x), g(x) явл-ся такой мн-н d(x)ЄP[x], что d(x)|f(x) и d(x)|g(x). Нод(f(x), g(x)) наз-ся мн-н D(x) такой, что 1. D(x)=ОД(f(x), g(x)), 2. d(x)|D(x), где d(x)=ҐОД(f(x), g(x)). Покажем, что НОД сущ-т для Ґмн-в f(x), g(x)ЄP[x]≠0. пусть степень f(x) ≥ степени g(x). Делим f(x) на g(x) с остатком f(x)=g(x)q(x)+r1(x). Если r1(x)=0, тогда НОД(f(x), g(x))=q(x). Если r1(x)≠0, то степень r1(x)< степени g(x), но >0. Делим g(x) на r1(x) с остатком g(x)=r1(x)q1(x)+r2(x). Если r2(x)≠0, 0< степень r2(x) < степень r1(x), делим r1(x) на r2(x) с ост-м r1(x)=r2(x)q2(x)+r3(x). и т.д. Т.к. степень остатков понижается оставаясь не отриц-й, то через конечное число шагов мы придем к остатку rk(x), на который разделится предыд-й остаток. Этот процесс наз-ся Алгоритмом Евклида. Итак, применяя алгор-м Евкл-а для мн-в f(x) и g(x) мы получили совокупность f(x) = g(x)q(x)+r1(x), g(x) = r1(x)q1(x)+r2(x), r1(x) = r2(x)q2(x)+r3(x) … rk-2(x) = rk-1(x)qk-1(x)+rk(x), rk-1(x) = rk(x)qk(x) (1). Док-м, что послед-й ≠0 остаток rk(x) в алгоритме Евк-а явл-ся НОД. Будем рассм-ть (1) снизу вверх: rk(x)|σk-1(x), rk(x)|σk(x) и σk(x)|σk-1(x) => rk(x)|rk-2(x)…, rk(x)|rk-2(x) и rk(x)|r1(x) => rk(x)|g(x), rk(x)|r1(x) и rk(x)|g(x) => rk(x)|f(x). Получим, что rk(x)|f(x) и σk(x)|g(x) => σk(x)= ОД(f(x),g(x)). Покажем, что rk(x)=НОД(f(x), g(x)). Пусть n(x) - Ґдругой ОД(f(x), g(x)). Рассм-м (1) сверху вниз: n(x)|f(x) и n(x)|g(x) => n(x)|r1(x), n(x)|g(x) и n(x)|r1(x) => n(x)|r2(x), n(x)|r1(x) и n(x)|r2(x) => n(x)|r3(x)… n(x)|rk-2(x) и n(x)|rk-1(x) => n(x)|rk(x). Получили: n(x)|rk(x)=ОД(f(x), g(x)) => rk(x)=НОД(f(x), g(x)). Итак, мы док-ли, что последний ≠0 остаток в алгор-е Евклида явл-ся НОД для мн-в f(x) и g(x). Нетрудно убелиться, что НОД мн-в f(x) и g(x) явл-ся ! с точностью до мн-ля нулевой степени. Действительно, пердположим, что D1(x)=НОД(f(x), g(x)) и D2(x)=НОД(f(x), g(x)). Т.к. D1(x)=НОД(f(x), g(x)) => D2(x)|D1(x), а т.к. D2(x)=НОД(f(x), g(x)), то имеем D1(x)|D2(x). Получим: D2(x)|D1(x) и D1(x)|D2(x) => св-во 2 D1(x)=cD2(x). Алгоритм Евклида показываем, что если f(x) и g(x) имеют оба рац-е коэф-ы или оба действ-е коэф-ы, то и коэф-ы их НОД будут соотв-о или рац-ми, или дейст-ми. Если D(x)=НОД(f(x), g(x)), где f(x), g(xP[x], то сущ-т φ(x), ψ(xP[x], что f(x)φ(x)+g(x)ψ(x)=D(x). Обратимся к алгор-у Евклида для мн-на f(x) и g(x): f(x) = g(x)q(x)+r1(x), g(x) = r1(x)q1(x)+r2(x), r1(x) = r2(x)q2(x)+r3(x) … rk-2(x) = rk-1(x)qk-1(x)+rk(x), rk-1(x) = rk(x)qk(x). Перепишем все рав-ва алго-а Евклида, кроме послед-го (1). Выразим остаток из каждого равенства r1(x)=f(x)-g(x)q(x), r2(x)=g(x)-r1(x)q1(x), r3(x)=r1(x)-r2(x)q2(x)…rk(x)=rk-2(x)-rk-1(x)qk-1(x) (1). Перепишем первое рав-во (1): r1(x)=f(x)*1+g(x)(-q(x)). Обозначим φ1(x)=1, ψ1(x)=-q(x), тогда имеем r1(x)=f(x)φ1(x)+g(x)ψ1(x). Теперь второе из (1): r2(x) = g(x)-r1(x)q1(x) = g(x)-(f(x),φ1(x) + g(x)ψ1(x)) q1(x) = g(x)-f(x)φ1(x)q1(x)-g(x)ψ1(x)q1(x) = f(x)(-φ1(x)q1(x)) + g(x)(1-ψ1(x)q1(x)) = f(x)φ2(x)+g(x)ψ2(x). r2(x) = f(x)φ2(x)+g(x)ψ2(x). Подставим полученное выражение для r1(x) и r2(x) в выражение для r3(x) из (1). Получим, проделывая аналогичные преобразования r3(x)= f(x)φ3(x)+g(x)ψ3(x). и т.д. опускаясь ниже получим rk(x)= f(x)φk(x)+g(x)ψk(x). Как было док-но выше rk(x) явл-ся НОД мн-в f(x) и g(x) , причем НОД определен с точностью до множ-ля нулевой сиепени. Умножая обе части последнего равенства на с: crk(x)= f(x)(cφk(x))+g(x)(cψk(x)).


Вопрос 7.

Неприводимые над полем многочлены.

Мн-н f(x)ЄP[x] наз-ся неприводимым над полем Р, если он не разлагается в произведение многоч-в положительной степени над полем Р. Мн-н наз-ся приводимым над полем Р, если он разлагается в произведение мн-в положит-й степени. Вопрос приводимости зависит от того поля, над которым мы его рассматриваем. Н-р, 1)f(x)=x2-2 неприводим над полем Q, но приводим над полем R. 2) f(x)=x2+1 неприводим над R, приводим над C. 3)φ(x)=x+1 непривд-м ни над одним числовым полем. Над полем ком-х чисел неприво-м только мн-ы 1-й степени. Над полем дейст-х чисел неприводимы мн-ны 1-й степени и квадратный трехчлен, у которого дискр-т <0. Иначе в поле рац-х чисел. Здесь Ґ n нат-го можно подобрать мн-н n-й степени неприводимого над полем Q рац-х чисел. Критерий Эйзенштейна. Если для f(x)=a0xn+a1xn-1+…an-1x+an, f(x)ЄQ[x] можно подобрать р – простое число, что 1) р|a0(черта) – не делится на р, 2) все остальные коэф-ы делятся на р: p|a1, p|a2,…p|an 3) p|an, но p2|an(с чертой) – не делится на р, то f(x) неприводима над полем Q. Если для мн-на f(x) нельзя подобрать р простое число, чтобы вып-сь требование Эйз-на, то мн-н может быть как приводимым, так и не приводимым над полем Q. Св-ва. 1. p1(x), p2(x)ЄP[x] неприводимы над полем P и p2(x)|p1(x) => эти мн-ны отлич-ся друг от друга множ-м нулевой степени. (Док-во. Т.к. p1(x) - неприводим, то в p1(x) = p2(x)g(x) один из множ-й есть мног-н нулевой степени g(x)=c-const. Т.о. p1(x) = p2(x)c. Мног-ны p1(x), p2(x) явл-ся ассоциированными.) 2. Ґf(x)ЄP[x], p(x)ЄP[x] – непривомн-н => либо f(x), p(x) взаимно просты, либо p(x)|f(x). (Док-во. Т.к. p(x) неприводимый мн-н, то возм-ы 2 случая:1) НОД(f(x),p(x))=c-const, тогда f(x), p(x) – взаимно просты. 2) НОД(f(x),p(x))=D(x), где D(x)=cp(x), но тогда т.к. D(x)|f(x) => cp(x)|f(x) => p(x)|f(x)). 3) Если произ-е p(x)|f(x)g(x), где p(x), f(x), g(x)ЄP[x] и p(x) – непривод-м над полем P, р(x)|f(x) или p(x)|g(x). Это св-во можно распрост-ть и на случай произвольного числа множ-й.

Теорема. Ґ мн-н f(x)ЄP выше нулевой степени явл-ся неприводимым над полем Р или разлагается в произведение неприводимых мн-в. f(x)=p1(x)p2(x)…pn(x) (*), где pi(x) – неприводимые мн-ны над полем Р, i=1,2,…n, причем это разложение явл-ся ! с точностью до порядка. Док-во. 1) Док-м возможность представления (*). Пусть мн-н f(x) выше нулевой степени. Если f(x) неприводим, то теорема док-на. Если f(x) приводим, то f(x)=f1(x)f2(x). Если оба мн-на f1(x) и f2(x) неприводимы над полем Р, то теорема док-на, если хотя бы 1 из них приводим над полем Р, то его разлагают в произведение множ-й положит-й степени. и т.д. Этот процесс конечен, т.к. степень мн-й в разложении f(x) уменьшается, оставаясь положит-ми и их может быть лишь конечное число. Итак, в конце концов мн-н f(x) будет предст-н в виде произвед-я непривод-х мн-й, т.е. в виде (*). 2) Док-м ! разложения мн-на f(x) на непривод-е мн-ли. Пусть f(x) допускает 2 разложения: f(x)=p1(x)p2(x)…pn(x) (1) и f(x)= q1(x)q2(x)…qn(x) (2). p1(x), …pn(x), q1(x),…,qn(x) неприводимые над полем Р мн-ны. Левые части равны => равны и правые части. p1(x)p2(x)…pn(x)=q1(x)q2(x)…qn(x) (3). Левая часть делится на р1(х) => и правая часть делится. Т.к. р1(х) неприводим, то на р1(х) разделится хотя бы один мн-ль правой части. Пусть р1(х)|q1(x). А т.к. р1(х) и q1(x) неприво-ы и один из них дел-ся на другой, то они ассоциированы, т.е. q1(x)=ср1(х). Подставляя это выр-е в (3) и сокращая обе части на р1(х): p2(x)…pk(x)=c1q2(x)q3(x)…ql(x) (4). Аналогично расс-я относительно p2(x) из (4): p3(x)…pk(x)=c1с2 q3(x)q4(x)…ql(x). И т.д. утверждаем, что k=l. Предположим противное. Пусть k2…qk+1(x)…ql(x). Но это рав-во невозможно, т.к. в левой части стоит мн-н нулевой степени, а в правой – мн-н выше нулевой степени. Итак, k=l, Разложение (1) и (2) сост-т из одинакого числа множ-й и могут отлич-ся лишь ассоц-и множ-ми.■ В разложении мн-на f(x) могут встречаться ассоц-е множ-ли. Объединяя в разложении f(x) на неприводимые мн-ли, ассоц-е мн-ли мы получим каноническое разложение.


Вопрос10.

С-ы лин-х ур-й. Равнос-е с-ы ур-й. Критерий совм-ти с-ы лин-х ур-й.

Пусть Р- поле скаляров. С-й лин-х ур-й с n неизв-ми х1, х2, …хn наз-ся с-а вида: а111122 +…+а1n*xn=b1, … аm11m22 +…+аmn*xn=bn (1), aij,biЄP. Числа aij наз-т коэф-ми с-ы, bi своб-е члены. Вектор О(а1112,…а1n)ЄР наз-т решением с-ы (1), если он удов-т Ґ ур-ю с-ы. С-а лин-х ур-й наз-ся совм-й, если она имеет хотя бы 1 реш-е, и несовм-й в противном случае. Если совм-я с-а лин-х ур-й имеет ! реш-е, то она наз-ся определ-й, если реш-й бескон-е мн-во, то она неопределенная. 2-е с-ы лин-х ур-й наз-ся равносильными, если Ґ реш-е Ґ из этих с-м явл-ся реш-м другой с-ы. Элемен-е преобр-я: 1) перестан-ка 2 ур-й в с-е. 2) умнож-е обих частей ур-я на ≠0 скаляр. 3) удаление ур-я вида 0=0. 4) прибавл-е к обеим частям какого-либо ур-я соответ-х часте другого ур-я, умнож-е на одно и тоже число. При Ґ элем-м преоб-и матрицы Ā получ-ся с-а лин-х ур-й равнос-я первонач-й с-е ур-й.

Матрица А, сост-я из коэф-в при неизв-х с-ы (1), наз-ся главной матрицей с-ы. Если к глав-й мат-е А присоед-ть столбец своб-х членов, то получ-ся расшир-я мат-ца с-ы.

Т. Кронекера-Капелли. С-а ур-й лин-но незав-х ур-й совместна  ранг глав-й мат-цы = рангу расш-й мат-цы. Док-во. 1) Пусть (1) совм-на. α12,…αn – реш-е с-ы (1). Тогда получим вер-е рав-ва:

а111122 +…+а1nn=b1, а211222 +…+а2nn=b2,… аm11m22 +…+аmnn=bm (2). Выч-м ранг расш-й мат-цы: rangĀ=rang = rang = rang = rangA. 2) Пусть rangA=rangĀ=r. Док-м, что (1) совм-а. Мат-ца А имеет r лин-но незав-х столб-в. Эти столб-ы лин-но незав-ы в мат-це Ā и сохр-т св-во максим-ти. В силу совпад-я рага: найдутся такие числа х11, х22, …хnn, что столбец своб-х чл-в будет выраж-ся через первые r столб-в => и через всю с-у столб-в матницы Ā, т.е. справед-о (2). => Веркор (α12,…αn) – реш-е с-ы (1).

Метод Гаусса – м-д последов-го исключения неизв-х. Сводится к привед-ю с-ы лин-х ур-й к ступен-у виду, при этом получ-ся с-а равнос-я данной. Если в рез-те элем-х преоб-й получ-но ур-е с коэф-ми в левой части =0 , а своб-е члены ≠0, то с-а несовм-на. Если и своб-е члены =0, то это ур-е удаляется из с-ы. С-а лин-х ур-й явл-ся опред-й, т.е. имеет ! реш-е, если ступ-я с-а лин-х ур-й имеет треуг-й вид. В этом случ-е послед-е Ур-е с-ы содержит только 1 неизв-ю. Если ступ-я с-а имеет вид трапеции, то с-а неопределенная. Тогда в послед-м Ур-и с-ы несколько неизв-х (k

Вопрос 11.

Векторные пространства.

Пусть Р= (Р,0,1,+,-,*)-поле скаляров. С-а V=(V,ό,+,-,ωα), V-основное мн-во, ό-выдел-й элемент, “+”-бинар-я опер-я, “-”-унарн-я опер-я, ωα - унарн-я опер-я умнож-е эл-а из V на скаляр из Р ωα: V--> V, ωα(α)=α*xЄV, αЄP, xЄV. С-а V – наз-ся век-м прост-м над полем Р, а эл-ы мн-ва V – векторами = a, b,c,…x, y, если 1. (V, ό, +,-)- аддит-я абел-я группа, 2. (α*β)*a=α*(β*α), Ґα,βЄP,aЄV. 3. (α+β)*a=α*a+β*a, Ґα,βЄP,aЄV. 4. α*(a+b)=α*a+α*b, Ґa,bЄV,ҐαЄP. 5. 1*a=a, Ґa. Например, ариф-е вект-е прост-во n мерных векторов V=Pn, мн-во C- к.ч. есть век-е прост-во над полем R действ-х чисел относ-о опер-й “+” к.ч. и “*” их на дейст-е число. Простейшие св-ва. Пусть V=(V,ό,+,-,ωα) – вектор-е прост-во. Р – поле скаляров. Ґa,bЄV, Ґα, βЄP. 1. a+b=a => b=0. 2. 0*α=ό. 3. α*ό=ό. 4. a+b=ό => b=(-1)*a=-a. 5. α*a=α*b ^ α≠0 =>a=b. 6. α*a=ό => α=0 или a=ό. 7. α*a=β*a ^ a≠ό => α=β. Пусть V – вект-е прост-во над Р, a1,a2,…amЄV, с-а вект-в a1,a2,…am наз-ся лин-о незав-й, если α1*a12*a2*…αm am=ό возм-но при всех коэф-х = 0. a1,a2,…am – лин-но завис-ы, если α1*a12*a2*…αm am=ό возм-но хотя бы при 1 коэф-е αi≠0. Вект-е прост-во наз-ся конечномерны, если оно породж-ся конечным мн-м вект-в или сущ-ют a1,a2,…amЄV, что V – лин-я оболочка порожд. этим мн-м V=L(a1,a2,…am). Базисом (базой) конеч-го век-го прос-ва наз-ся непуст-я конеч-я лин-но незав-я с-а векторов порожда-я это прост-во. ???не доконца.


Вопрос 12.

Линейные преобразования век-х прост-в.

Пусть u и v векторные простр-ва над полем Р. Отобр-е φ: uv наз-ся лин-м отображ-м или гомоморфизмом, если Ґа,bЄu,ҐαЄP: 1. φ(a+b)=φ(a)+φ(b). 2. φ(αa)=αφ(a). Если бы лин-е отоб-е u на v было бы биективным, то тогда его наз-и бы изоморфизмом вект-х прост-в. Мн-во всех лин-х отображ-й прост-ва u в v обозн-ся Hom(u,v). Св-ва. 1. Всякий лин-й опер-р φ в прост-ве v оставл-т неподвижный нулевой вектор,т.е.φ(ό)= ό. 2. φ(-x)=-φ(x). 3. Всякий лин-й опре-р φ в прост-ве v переводит Ґ лин-ю комбин-ю произвольно выбранных вект-в a1,a2,…am прост-ва V прост-ва в лин-ю комбин-ю образов этих вект-в, причем с теми же самыми коэф-ми, т.е. φ(α1a12a2+…αmam) = α1φ(a1)+α2(a2)+…+αmφ(am). Док-во. Применим метод мат-й индукции. 1) Проверим справ-ть при m=2. φ(α1a12a2) = φ(α1a1)+φ(α2a2) = α1φ(a1)+α2(a2). 2) Предположим справ-ть утвер-я для m-1 вектора, т.е. φ(α1a12a2+…αm-1am-1) = α1φ(a1)+α2(a2)+…+αm-1φ(am-1). 3) Док-м справ-ть данного утвер-я для m век-а, т.е. φ(α1a12a2+…+ αm-1am-1mam) = φ[(α1a12a2+…αm-1am-1)+ αmam] = φ(α1a12a2+…αm-1am-1) + φ(αmam) = α1φ(a1)+α2(a2)+…+αm-1φ(am-1)+αmφ(am). 4. Совокупность L всех образов φ(a) вектора а вектор-го простр-ва v, получ-е при данном преоб-ии φ, есть некоторое подпростр-во вект-го простр-ва v.

Пусть φ некоторая лин-я опре-я прос-ва vn. Выберем в прос-ве vn некот-й базис e1,e2,…en. Тогда опре-р φ переводит век-ы базиса в векторы φ(e1),φ(e2),…φ(en). Каждый из этих век-в ! образом выраж-ся через век-ры базиса: φ(e1) = α11*e121*e2+…+αn1*en, φ(e2) = α12*e122*e2+…+αn2*en,… φ(en) = α1n*e12n*e2+…+αnn*en. Матрица Aφ= k–й столбец которой явл-ся коорд-ми


столбца век-ра φ(ek) относительно базиса e1,e2,…en, наз-ся матрицей лин-го опрер-ра φ в базисе e1,e2,…en. Т.о. при фиксир-м базисе e1,e2,…en, каждому лин-у опрер-у φ прост-ва vn соответ-т вполне опред-я матрица n–го порядка. И наоборот, каждая матрица n–го пор-ка явл-ся матрицей некот-го вполне опред-го лин-го опре-ра φ прост-ва vn в базисе e1,e2,…en.

Совокупность φ(vn) образов всех век-в прост-ва vn при действии оператора φ наз-ся областью значений опер-ра φ. Размерность области значений φ(vn) наз-ся рангом лин-го опер-а φ. Ядром линей-го опер-а φ прост-а Vn наз-ся совокупность всех век-в прост-ва Vn отображ-ся операторов φ в нулевой вектор т. Ker φ= {aЄVn|φ(a)=т}. Размерность ядра Ker φ опер-ра φ прост-ва Vn наз-ся дефектом этого опер-ра. Сумма ранга и дефекта лин-го опер-а φ прост-ва Vn = размерности этого прост-ва. Если век-р b ≠0 переводится оператором φ в пропорц-й самому себе,т.е. φ(b) = λ0b, где λ0 – действ-е число, то b наз-ся собст-м вектором опер-а φ, а λ0 собственным знач-м этого опер-ра. Причем гов-т, что собст-й век-р b относ-я к собств-у знач-ю λ0. Нулевой век-р не считается собственным для опер-ра . Матрица А-λЕ, где Е един-я матрица n пор-ка наз-ся харак-й матрицей матрицы А (по главной диагонали от Эл-в «-«λ). Многочлен n степени |А-λЕ| наз-ся харак-м мног-м матрицы А, а его корни, которые могут быть как компл-е так и действ-е, наз-ся характер-ми корнями этой матрмцы. λ0ЄR был собств-м значением лин-го опер-а φ λ0 было характ-м корнем опер-ра φ. Лин-е преоб-е наз-ся невыроженным, если определитель матрицы А≠0. Рассм-м преоб-е x1=y1,…xn=yn (I). Это преоб-е наз-ся тождеств-м. Оно ведет себя точно также как число 1 при арифм-м умнож-и,т.е. (ҐS) S*I=I*S=S. Т.е. преоб-е I это нейтр-й эл-т относ-о умнож-я преоб-я. Обратным преоб-м преобразованию S наз-ся преоб-е S-1 такое, что S*S-1=S-1*S=I. Подпрост-во L явл-ся инвариантным относ-о преоб-я φ пространства Vn, если образ Ґ век-ра из снова есть вектор L.


Вопрос 13.

Определители.

Опред-м (детерминантом) n-го порядка составл-м из n2 чисел матрицы А наз-ся алгеб-я сумма всевозм-х членов, каждый из которых представл-т собой произвед-е n эл-в, каждый из которых взят по 1 из каждой строки и столбца, взятый со знаком (-1)t , где t число инверсий перестановки вторых индексов, при усл-и, что первые индексы расположены в натуральном порядке. Δ=Σ(-1)ta1αa2β…a, α,β,…ω n! перестан-к 1,2,…n. Правило Саррюса.


Св-ва опред-й. 1. Равноправность сторк и столбцов (транспонирование). 2. Опред-ль n-го порядка, у которого 2 строки (2 столбца) одинаковы =0. 3. Если все Эл-ты какого-либо столбца (строки) опред-ля n порядка * на одно и то же число m, то и значение опред-я *m. 4. Если все Эл-ты какого-либо столбца (строки) опред-я n-го пор-ка облад-т общим множителем, то его можно вынести за знак опред-ля. 5. Опред-ль n-го пор-ка, у которого Эл-ты 2-х строк (столбцов) соответ-о пропорциональны ,=0. 6. Если все Эл-ты k строки (столбца) опред-я n-го пор-ка явл-ся суммой 2-х слагаемых, то такой опред-ль = сумме 2-х опред-й n-го пор-ка. В одном из них k-я строка (столбец) состоит из первых слаг-х, а в другом - из вторых слаг-х, все остальные строки (столбцы) те же, что и в данном опред-е. 7. Если в опред-е какая-либо строка есть линейная комбинация других строк, то такой опред-ль =0. 8. Если к Эл-м какой-либо строки (столбца) опред-я n-го пор-ка прибавить соответ-ие Эл-ты другой строки (столбца) умноженные на одно и то же число, то значение опред-я не изменится. 9. Если поменять местами 2 строки (столбца) в опред-е n-го пор-ка, то опред-ль сменит свой знак на противоположный, а его абсол-я величина не изменится. Минором Мij Эл-та aij опред-я n-го пор-ка наз-ся опрде-ль n-1 порядка, который получается из опред-я вычеркиванием i строки и j столбца. Алгебаическим дополнением Aij Эл-та aij наз-ся произ-е (-1)i+j*Mij.

Теорема. Какую бы строку (столбец) опред-я n пор-ка мы не взяли, значение опред-я = сумме произв=й Эл=в этой строки (столбца) на их же алгеб-е дополнения. Δ=ai1Ai1+ ai2Ai2+…ainAin (i=1,2,…n)(1). Δ= a1jA1j+a2jA2j+…anjAnj (2). Док-во. В силу справ-ти строк и столбцов ограничимся выводом разлож-я по строкам (1). 1) мы знаем, aijAij есть также член опред-я, причем