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特征集 计算机代数 吴-Ritt算法
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特征集 计算机代数 吴-Ritt算法
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1.多项式的带余除法:
对于整系数多项式的带余除法,我们先考虑除式的首项系
数为
± 1
的情况。如果
m<n
,则带余除式为:
f
(
x
)
=0∙ g
(
x
)
+f (x )
如果
m ≥n
,记
f
(
x
)
≔f
(
x
)
−
a
m
b
n
x
m −n
∙ g (x)
,则
f
1
(
x
)
是一个次数不超过
m-1 的整系数多项式;再讨论
f
1
(x)
为被除式、g(x)为除式的带
余除式。这样的过程一定在有限步内结束,因而存在整系
数多项式 q(x),r(x),使得
f(x)=q(x)
∙
g(x)+r(x),r(x)=0 或 deg(r(x))
¿
deg(g(x))
这个带余除式中的 q(x), r(x)被 f(x), g(x)唯一确定,分别称为
f(x)除以 g(x)的商和余式,记做 quo(f(x),g(x)), rem(f(x),g(x))。
2.多项式的伪除法:
带余除法中的 g(x)的首项系数
b
n
考虑的是为
± 1
的情况,当
b
n
不
为
± 1
时,上述带余除法是无效的,但每次做除法时,都给被
除式乘上
b
n
,就能保持整除性质,而这样的步骤最多做
m-n+1 次,其中 m 为 f(x)的最高次数,n 为 g(x)的最高次数。
记上述操作的次数为
δ
满足:
δ ≤
max{m-n+1, 0}。则存在
q(x),r(x)使得:
b
n
δ
f
(
x
)
=q
(
x
)
g
(
x
)
+r
(
x
)
,
其中r
(
x
)
=0 或 deg(r (x))<deg (g(x))
几种序结构:
拟序:是一种特殊的二元关系,它是集合上具有反自反性,
反对称性,传递性的二元关系。
偏序:R 是集合 A 上的一个二元关系,若 R 满足自反性,
反对称性,传递性,则 R 是 A 上的偏序关系。
全序:在偏序的基础上,加上关系的完全性,即对于集合
中的任一对元素,在这个关系下都是相互可比较的。
良序:任意 S 的非空集合,在其序下都有最小元素,则称
这个关系为良序关系,S 称为良序集。
最大元:是偏序集中的一种特殊元素,指偏序集的子集中
不小于一切的元素。
最小元:指偏序集中小于或等于一切的元素。
极大元:指偏序集中没有比它更大的可比较的元素。
极小元:指偏序集中没有比它更小的可比较的元素。
域的特征:
域的特征是交换代数中的基本概念。一个域就是满足加、
减、乘、除四则运算的集合。比如有理数域,有理函数域,
伽罗瓦域。任何域都必定包含元素 0 和 1.和我们所熟悉的有
理数域不同,有些域中,若干个 1 相加有可能等于 0.假设 p
是最小的正整数,使得 p 个 1 相加等于 0,那么 p 就称为域
的特征。任何多个 1 相加都不会是 0,那么特征 p 就定义为
0.
下面证有限域的特征为 p 为素数。
证明:假设 p 为合数,即使得 p 个 1 相加等于 0 的最小正整
数为合数。比如,对于素域
Z
5
¿
,那么使得 p 个 1 相加等于 0
的最小正整数且为合数的 p 为 10,而 p=5 时也能使 p 个 1 相
加等于 0,由域的特征的定义知 p=5, 与假设矛盾。故有限
域的特征为素数。
第五章 特征集方法
背景
20 世纪 40 年代,Ri 等人致力于将构造代数方法推广
xp 到微分代数上的研究。Ri 提出了特征集的概念,并为微
分代数理论的研究奠定了基础。这套理论和方法后来被
Kolchin 等人发展。这是解决微分方程问题的一条新途径。
但由于 Ri 的方法和理论比较艰深,实现起来困难较大,一
度未引起重视。20 世纪 70 年代,吴文俊教授在创立他的几
何定理机器证明方法时注意到了 Ri 的工作,并以此作为完
善其机械化方法的构造性代数工具。吴在理论、算法、效
率和使用上都极大地发展了特征集方法,并将其用于各种
几何推理和计算问题。吴的方法避免了 Ri 算法中的不可约
限制,使得从任意多项式组都能有效地构造特征集。
5.1.约化三角列
设 k 是特征为零的域(即它的单位元的任意正整数倍都
不 为 零 的 域 , 如 有 理 数 域 , 实 数 域 ) , 考 虑 多 项 式 环
R=[x
1
,x
2
,..,x
n
] 和 f R。变元
x
p
称为多 项式 的主变 元,记做
lv(f),如果
x
p
在 f 中出现,而且
x
p+1
,…,
x
n
都不在 f 中出现。主
变元的下标称为 f 的类,记做 cls(f);主变元在 f 中出现的
最高次数称为 f 的主次数,记做 ldeg(f)。将 f 看成其主变
元
x
p
的多项式,则首项系数
lc
xp
(
f
)
称为 f 的初式,记做 ini(f)。
有序二元组(cls(f),ldeg(f))称为 f 的秩,记做 rank(f),规
定非零常数多项式的类为零,其秩为(0,0)。两个非零的多
项式可以通过他们的秩的字典序比较而确定高低,f<g 表
示 rank(f)
¿
L
rank(g)
。若 f 与 g 有相等的秩,则记
f g
。
注:这里的 f
≤ g (≤ 表示f <g∨f g)
由于满足自反性,反对称,传
递性,所以满足偏序关系,而任意的两个多项式都可以进
行比较,所以也是一个全序关系,而当满足“~”关系时会出
现多个多项式同秩,故非空多项式集合在此序关系下没有
最小元,而有极小元。所以此序关系不是良序关系。
定义 5.1.1 多项式的非空有序集
T:=[
g
1
, g
2
, … , g
k
]
称为三角列,如果
0 cls(
g
1
) cls(
g
2
) … cls(
g
k
)
≤ n
k 称为三角列的长度。单个非零的常数多项式称为平凡三角
列。可见,一个非平凡的三角列可以写为:
T:=[
g
1
(x
1
, … , x
p
1
)
g
2
(x
1
,… , x
p
1
,… , x
p
2
)
⋮
]
g
k
(x
1
, … , x
p
1
, … , x
p
2
, … , x
p
k
)
其中
p
i
=cls(g
i
)
,
x
p
i
=lv(
g
i
), i=1,2,…,k。
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