1550

Установка числа корней полинома (с учетом их кратности)

Контрольная

Математика и математический анализ

Бесконечная и конечная многоугольные области. Геометрические условия, определяющие распределение корней. Алгебраические соотношения, определяющие распределение корней.

Русский

2013-01-06

101.35 KB

5 чел.

  1.  Постановка задачи.

Будем считать, что на комплексной плоскости задана конечная или бесконечная многоугольная область. Примеры таких областей приведены на рисунке 1. Требуется установить число корней полинома (с учетом их кратности)

 

                                                                                                         (1.1)

внутри области   вне области и на границе области .

Рисунок 1 – Бесконечная и конечная многоугольные области

Многоугольную область будем считать односвязной и симметричной относительно вещественной оси. Границу области в верхней полуплоскости зададим множеством вершин , где определяет множество ребёр многоугольной области  . Область будет определять как часть комплексной плоскости,  расположенную слева от ребёр при их последовательном прохождении от до . Будем считать, что область конечна, если , и бесконечно, если . В последнем случае вершины и определяют не отрезок, а полупрямую.


  1.  Геометрические условия, определяющие распределение корней.

Геометрические условия, определяющие распределение корней полинома относительно конечной и бесконечной многоугольных областей, сформулированы соответственной в виде теорем 2.1 и 2.2.

Теорема 2.1. Число корней  полинома (1.1), расположенных внутри конечной многоугольной области, вне области и на границе области , определяется выражениями

; ,    (2.1)

где - число квадрантов, проходимых годографом полинома при изменении  вдоль границы области в верхней полуплоскости с обходом корней, лежащих на границе.

Теорема 2.2. Число корней полинома (1.1) ,, для бесконечной многоугольной области определяется выражениями

; ,  (2.2)

где - число полных квадрантов, проходимых годографом полинома при изменении вдоль границы области в верхней полуплоскости с обходом корней, лежащих на границе; 

  (2.3)

где - номер последней полуоси, пересекаемой годографом;

    , - коэффициенты, характеризующие наклон годографа при .

Применение теорем 2.1 и 2.2 даёт принципиальную возможность решения задачи определения распределения корней полинома относительно многоугольной области. Однако решение этой задачи путём непосредственного построения и анализа годографов со сложным характером изменения встречает ряд серьёзных трудностей. Во-первых, как и при построении частотных годографов, возникает не имеющая общего решения проблема выбора шага изменения независимой переменной и конечного значения . Во-вторых, по сравнению с частотными годографами вид годографа полинома при изменении вдоль границы многоугольной области усложняется с усложнением границы. В-третьих, приращение аргумента полинома при обходе корней, совпадающих с вершинами области, в отличие от частотных годографов, происходит не на целое число квадрантов. С целью устранения этих недостатков для анализа сложных годографов может быть использована алгебраическая интерпретация теорем 2.1 и 2.2.


  1.  Алгебраические соотношения, определяющие распределение корней.

Рассмотрим параметрическое представление каждого ребра многоугольной области:

                                                                                   (3.1)

где; - вещественная переменная;

 , если не является последним ребром бесконечной области; в противном случае.

Тогда при изменении вдоль го ребра для полинома (1.1) справедливо представление

                                                           (3.2)

Коэффициенты этого представления могут быть найдены с помощью рекуррентных соотношений

 (3.3)

Полином  (3.2) легко может быть приведён к виду

                                               (3.4)

где . Пусть для каждого го ребра многоугольной области получено представление полинома (1.1) в виде (3.4) и найдены множества вещественных корней из интервала и их кратностей полиномов вещественной и мнимой частей соотношения (3.2): . Тогда справедливы следующие леммы.

Лемма 3.1. Начальная точка годографа определяется соотношением

                              (3.5)

где есть соответствующий коэффициент полинома при .

Лемма 3.2. Конечная точка годографа для конечной многоугольной области определяется соотношением

где есть соответствующий коэффициент полинома при . В случае бесконечной области при годограф уходит в с предельным значением фазовой характеристики , определяемым через соответствующие коэффициенты и полинома при .

Лемма 2.2. Каждый элемент такой, что не существует элемента , определяет точку пересечения годографом вещественной оси. Каждый элемент такой, что не существует элемента , определяет точку пересечения годографом мнимой оси. Каждый элемент такой, что существуют элементы  и , определяет обход корня полинома, лежащего на границе области . Приращение аргумента полинома в последнем случае определяется соотношением

                            ,                                     (3.6)

где - приращение аргумента независимой переменной, определяемое соотношениями:

Применение лемм 3.1-3.3 позволяет установить начальную точку годографа полинома при изменении вдоль границы многоугольной области; оси координат, пересекаемые годографом при обходе границы области и при обходе корней полинома, лежащих на границе; асимптотическое поведение годографа при .

По начальной точке годографа, пересекаемым осям и характеристикам асимптотического поведения годографа может быть установлено полное приращение аргумента полинома, лежащих на границе и внутри области. Приращение аргумента полинома при обходе корней, лежащих на границе, может быть найдено с помощью леммы 3.2 и тем самым может быть установлено число корней полинома, лежащих на границе области. Таким образом, без построения годографа может быть решена задача определения распределения корней полинома относительно многоугольной области.

  1.  Заключение. Получены соотношения (2.1) и (2.2), позволяющие по виду годографа установить распределение корней полинома относительно многоугольной области. Полученные результаты могут использоваться при проектировании АС с применением корневых оценок качества переходных процессов. При сложном характере изменения годографа (обусловленного как видом самого полинома, так и видом многоугольной области) определение величин, входящих в соотношения (2.1) и (2.2), непосредственно по годографу представляет собой сложную вычислительную задачу. На основе соотношений (2.1) и (2.2) получены алгебраические выражения, позволяющие установить распределение корней относительно многоугольной области без построения годографа путём анализа вещественных неотрицательных корней специальным образом построенных полиномов.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45141. Политическая модель Александра 3. Внутренняя и внешняя политика Александра III Миротворца. Период лавирования 14.18 KB
  Политическая модель Александра 3 Внутренняя и внешняя политика Александра III Миротворца Период лавирования Есть мнение что в 18791881 годах в России сложилась революционная ситуация. народовольцами Александра II коренным образом повлияло на дальнейшую внутреннюю политику самодержавия. Приход к власти Александра обозначил новый поворот от либерального реформизма к реакции. Александр III считавший реформы Александра II слишком либеральными начал эпоху контрреформ.
45142. Политическая модель Александра III 13.58 KB
  Политическая модель Александра III. Период лавирования:Приход к власти Александра обозначил новый поворот от либерального реформизма к реакции.Александр III считавший реформы Александра II слишком либеральными начал эпоху контрреформ. Внешняя политика Александра III Миротворца В области внешней политики период царствования Александра III характеризуется почти полным отсутствием войн: только небольшие боевые действия в Туркмении – на этом завершилось присоединение Средней Азии к России.
45143. Национальный вопрос в государственном управлении России 19- начале 20 вв 13.87 KB
  Национальный вопрос в государственном управлении России 19 начале 20 вв. На окраинах России под влиянием развития капитализма формировались национальная буржуазия и интеллигенция происходил рост национального самосознания. Хищническая эксплуатация окраин бедность и бесправие живущих там народов вызывали массовую эмиграцию из России и развитие национального движения. В целом для внутриполитической системы России в начале XX в.
45144. Свяще́нный сино́д Ру́сской правосла́вной це́ркви 19.74 KB
  По упразднении Петром I 1701 год патриаршего управления церковью с 1721 года вплоть до августа 1917 года номинально существовал до 1 14 февраля 1918 года учреждённый им Святейший Правительствующий Синод был высшим государственным органом церковноадминистративной власти в Российской империи заменявшим собой патриарха в части общецерковных функций и внешних сношений а также соборы всех епископов поместной церкви. Учреждение и функции 16 октября 1700 года скончался патриарх Адриан. В течение 1720 года проходило подписание Регламента...
45146. Думская монархия 15.57 KB
  Всего было 4 созыва Государственной думы. Новой основой законодательной компетенции Государственной думы стал п. установивший как незыблемое правило чтобы никакой закон не мог восприять силу без одобрения Государственной думы. 86 Основных законов Российской империи в редакции 23 апреля 1906: Никакой новый закон не может последовать без одобрения Государственного совета и Государственной думы и восприять силу без утверждения Государя Императора.
45147. Кризисы государственного управления периода правления Николая II 12.86 KB
  Первая русская революция ставшая ярким показателем необходимости реформ так и не стала для императора той ступенью которая могла бы направить страну на путь преобразования и развития. Вступление императора на должность главнокомандующего в условиях войны было бесполезным шагом так как Николай не обладал даром командования войсками и этот шаг был простой формальностью которая тем не менее не принесла никаких положительных результатов. Ситуация внутри страны продолжает накаляться и вместе с тяжелым положением во внешней политике ставит...
45148. Формирование партийно-государственной системы большевиков 1917-1921 гг 26.46 KB
  Съезд принял постановление О федеральных учреждениях Российской Республики и оформил создание Российской Социалистической Федеративной Советской Республики РСФСР. РСФСР учреждалась на основе свободного союза народов как федерация советских национальных республик. Весной 1918 года начался процесс оформления государственности народов населявших РСФСР. Советская Россия неофициальное наименование[7] самостоятельного социалистического российского государства в период после Октябрьской революции 1917 года и до образования СССР в 1922 году с...