67581

Мультипликативная группа поля. Неприводимые многочлены

Лекция

Математика и математический анализ

Имеет место фундаментальная теорема Гаусса: Всякий многочлен положительной степени над полем C имеет корень. Из нее вытекает что над полем C неприводимы только многочлены первой степени. Пусть теперь многочлен положительной степени. Следовательно над полем R неприводимыми будут во первых все многочлены...

Русский

2014-09-12

271.5 KB

4 чел.

Лекция№10

Мультипликативная группа поля; Неприводимые многочлены.

 Свойство мультипликативной группы поля.

Конечная подгруппа мультипликативной группы любого поля циклична.

Доказательство.

Проведем доказательство от противного. Пусть  - конечная подгруппа. Предположим, что G не является циклической группой. Рассмотрим первое каноническое разложение: , где n>1 и n | m. Тогда G , а значит и содержит подгруппу H . Для каждого  (а всего в H  элементов ) имеем: . Поэтому уравнение  в поле k имеет не менее   корней, что невозможно, так как степень этого уравнения равна n <.

Следствие.

Мультипликативная группа конечного поля циклична.

Заметим, что этот результат нетривиален даже для простейших конечных полей GF(p). Образующие элементы группы  называются первообразными корнями по модулю p. В следующей таблице приведены наименьшие первообразные корни по некоторым модулям:

модуль

3

5

7

11

13

17

19

23

29

31

37

41

первообразный корень mod(p)

 

Неприводимые многочлены над некоторыми полями.

Поле комплексных чисел C.                                                                                        Имеет место фундаментальная теорема Гаусса: Всякий многочлен положительной степени над полем C имеет корень. Из нее вытекает, что над полем C неприводимы только многочлены первой степени.

Поле вещественных чисел R.                                                                                        Чтобы перейти от поля C  к полю R, заметим, что отображение , сопоставляющее каждому комплексному числу z сопряженное число  является изоморфизмом поля на себя (автоморфизмом ) и переводит поле R в себя. Отсюда вытекает, что для всякого  и всякого   имеет место формула: = (), где - многочлен с комплексно сопряженными коэффициентами. Пусть теперь  - многочлен положительной степени. По теореме Гаусса он имеет корень. Но, ) = 0. Если , то многочлены ( x - ) и ( x -  ) взаимно просты и из делимости многочлена p ( по теореме Безу) на  ( x - ) и на ( x -  ) следует его делимость на их произведение  . Следовательно, над полем R неприводимыми будут , во первых, все многочлены первой степени, а, во-вторых, те многочлены второй степени, которые не имеют корней в R ( то есть у которых дискриминант отрицателен). Все прочие многочлены - приводимы.

Поле рациональных чисел Q.

Если q ненулевой многочлен с рациональными коэффициентами, то, приводя их к общему знаменателю, можно записать:  q = () =  , где все коэффициенты  целые числа, ОНД() = 1 и ,>0 . Легко видеть, что многочлен  и число  определены однозначно. Будем  называть  примитивным многочленом, соответствующим многочлену q.

Лемма : .

Для всякого целочисленного многочлена w = и простого числа p обозначим через  многочлен над полем GF(p), коэффициенты которого получаются из соответствующих коэффициентов w приведением по модулю p : . Очевидно, что отображение  является  гомоморфизмом кольца Z[x] в кольцо GF(p)[x]. Многочлен w будет примитивным тогда и только тогда, когда  для любого p . Поскольку в кольце GF(p)[x] нет делителей нуля, отсюда и вытекает утверждение леммы.

Таким образом вопрос о приводимости многочлена  над полем рациональных чисел сводится к вопросу о разложении на множители меньшей степени многочлена с целыми коэффициентами. В этом направлении имеется следующее достаточное условие неприводимости:

 Критерий Эйзенштейна.

Если для многочлена q с целыми коэффициентами      q = удается найти такое простое число p, что                               

1.ОНД( p , ) = 1                                                                                                        2.                                                                                               3.  не делит                                                                                                         то этот многочлен неприводим.

Доказательство.

Предположим, что q приводимый многочлен : q = uv. Тогда . По условию теоремы =a, где a 0. Значит, , , где k<n и m<n. Поэтому все коэффициенты многочленов u и v, кроме старших, делятся на p, а тогда свободный член многочлена q, ( то есть ),  равный   делится на  , что противоречит условию.

Примеры.

Многочлен   неприводим над полем Q. Достаточно взять p = 3 и применить критерий Эйзенштейна.

Для всякого n>0 многочлен   неприводим над Q. Достаточно взять p=2 в предыдущей теореме. Отсюда вытекает, что над полем рациональных чисел существуют неприводимые многочлены любой степени. 

                                                                    

4. Случай конечного поля GF(q).

Особенностью этого случая является тот факт, что имеется только конечное число многочленов данной степени и,  в частности, неприводимых многочленов. Будем рассматривать унитарные многочлены степени n над GF(q). Такой многочлен имеет вид: , где , . Значит, количество таких многочленов Обозначим через  количество унитарных неприводимых многочленов степени n . Можно указать алгоритм, позволяющий последовательно перечислять все такие многочлены  в порядке возрастания их степеней. Для n=1 все многочлены (x - a )  неприводимы, поэтому . Если все неприводимые многочлены степени меньше n уже перечислены, составим всевозможные произведения некоторых степеней таких многочленов, так чтобы эти произведения имели степень n. Все те многочлены степени n, которые не вошли в это множество, и будут неприводимыми многочленами степени n. Разумеется, практическое применение этого алгоритма требует умения совершать арифметические действия в поле GF(q). Кроме того, количество вычислений быстро растет с ростом n (а также q ). В следующей таблице указаны некоторые неприводимые многочлены над полями GF(p) для простых p = 2,3,5.

P=2

p=3

p=5

1

3

10

Пример непр. многочлена  ст. 2

2

8

40

Пример непр. многочлена  ст. 3

3

18

150

Пример непр. многочлена  ст. 4

Можно также указать способ вычисления числа . Обозначим через ,  набор всех неприводимых унитарных многочленов степени n над полем GF(q), а через ,  набор всех вообще унитарных многочленов степени n над тем же полем. Рассмотрим следующее выражение:

(Здесь и далее автор использует сокращенные обозначения. Настоятельно советуем читателю для большей наглядности использовать развернутую запись.) F =. Здесь количество слагаемых в каждой скобке и

количество самих скобок выбрано таким образом, чтобы степень каждого многочлена, входящего в F была не выше n. Если раскрыть все скобки то получится сумма всевозможных выражений вида: , где m - степень выписанного многочлена и все . Соберем вместе в сумму  все слагаемые с данным значением m. Полученная сумма при mn представляет собой в точности сумму всех вообще унитарных многочленов степени m поскольку каждый такой многочлен однозначно представим в виде произведения неприводимых : . Таким образом, F = +..., где точки отвечают слагаемым, в которых многочлены имеют степень выше n. Положим теперь  для всех i и m. Тогда и все , так что получаем: F=  = .

Применяя формулы для суммы геометрической прогрессии, находим:

F = = 1/(1-tq). Логарифмируя, затем дифференцируя это равенство и умножая результат на t, получаем: = . Коэффициент при  в правой части равен . Соответствующий коэффициент в левой части равен сумме слагаемых вида m, причем встречаются только те слагаемые, для которых N кратно m. Итак, имеем:

. Отсюда непосредственно находим: , , ,  и так далее.

Следствие. Над конечным полем существуют неприводимые многочлены любой степени.

В самом деле, поскольку по определению , из доказанной формулы следует, что . Снова из той же формулы получаем: = .

Замечание.

Из приведенных рассуждений вытекает, что при  эквивалентно . Таким образом, примерно 1/N часть всех многочленов степени N над полем из q элементов неприводима.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

29991. Свято Першого дзвоника 2013-2014 н.р. 81 KB
  Лунає музикафанфари 1 й ведучийШановні друзі всі присутні Батьки сьогоднішні й майбутні Дорогі діти вчителі З найкращим святом на землі. Ведучий Тепла осінь як весна Далечінь така ясна. Зріє жито молоде Дружно з квітами до школи Знову молодість іде Ведуча Вересень немов учитель Двері школи відчинив Школярів дзвінком врочистим До навчання запросив Ведучий Здрастуй школо здрастуй рідна Здрастуй любий клас В першовересень привітно Ти стрічаєш нас 2й ведучий.1 й ведучийЦей день є визначним і радісним святом для кожного з...
29992. Свято Першого дзвоника – посвята першокурсників 66.5 KB
  У них мрії й недоспані ночі І тривога про завтрашній день Ведучий Знову двері до мудрості храму Де незгасне довічна хмарина Відчиня золотими ключами Рідна ненькомоя Україна. Пісня про Україну Ведучий Шановне товариство дорогі наші викладачі батьки та гості Щиро вітаємо всіх вас із . Ведучий Зустрічаймо їх теплими посмішками і радісними оплесками. ♬ Вихід першокурсників Ведуча Групу 1ф91керівник групи Олена Григорівна Лобур Ведучий Група 1 ф92 керівник групи _______________________Шатуніна Ведуча Групу 1ф93керівник групи...
29993. ПРАЗДНИК ПЕРВОГО СЕНТЯБРЯ 2013 г. 63.5 KB
  1ВЕДУШИЙ : Здравствуйте любимые учителя 2ВЕДУЩИЙ : Здравствуйте уважаемые родители и дорогие гости 1ВЕДУШИЙ: Сентябрь наступил закончилось лето Пришел праздник знаний учебы отметок 2ВЕДУШИЙ Дети родителиучителя С праздником вас поздравляем друзья 1 Школьник: СОСКУЧИЛСЯ ПО ШКОЛЕ Перегрелся на солнце я что ли Заскучал вдруг по собственной школе. Ну а сегодня праздничный час Вместе: С праздником мы поздравляем всех вас 2 ВЕДУЩИЙ: Пришло время пригласить на нашу праздничную линейку...
29994. Возможности использования современных информационных технологий при изучении разделов «Атомная физика и Физика Атомного ядра» в школьном курсе физики 806.1 KB
  Влияние информационных технологий на выбор форм методов и средств обучения физике 26 1. Глава 1 Современные технологии обучения в преподавании физики 1. Практика воспитания и обучения все чаще сталкивается с необходимостью доступного подчеркивающих взаимосвязь явлений мира на уровне макросистем также требует определенного наглядного объяснения объектов и явлений особенно если они принадлежать к микромиру или являются абстрактными обобщениями.
29995. Разработка технологического процесса изготовления оконных и дверных блоков из ПВХ 460.34 KB
  Пластиковые окна изобрели в Германии, в 30-ые года. Первые пластиковые окна производитель установил бесплатно в качестве рекламы, но первоначально их производство не увенчалось успехом. И популярными стали они намного позже, в года 60-ые и их популярность растет до сих пор, прежде всего, из-за их устойчивости к внешним воздействиям. И это обоснованно.
29996. Увеличение выпуска продукции Деталь Валик 8ТС. 200.195 411.53 KB
  Определяем число запусков в году: 2.6 13 293 Определяем массу проектируемой заготовки: m3= Р V 106 кг. где Р = 785 кг дм3 плотность материала; V объем заготовки; Определяем коэффициент использования металла проектируемой заготовки по формуле: Определяем стоимость проектируемой заготовки: где Ц1=9540 руб. Значения и определяем по таблицам 2 и 8 [9] заготовка = 240 мкм.
29997. Гіпсова скульптура у вигляді жінки «Каріатиди» стилю Українського бароко 386.36 KB
  Використана література Вступ Вступ Скульптура лат. За змістом і функціям скульптура ділиться на монументальнодекоративну станкову і так звану скульптуру малих форм. Монументальнодекоративна Скульптура розрахована на конкретне архітектурнопросторове або природне оточення. Монументальнодекоративна скульптура покликана конкретизувати архітектурний образ доповнювати виразність архітектурних форм новими відтінками.
29998. Туристично-рекреаційний потенціал Мальти 742.06 KB
  Туристичнорекреаційний потенціал Мальти Мальта країна з історією що іде коренями в глибоке минуле. Мальта маленька острівна країна в центральній частині Середземного моря з дуже вигідним стратегічним положенням. Мальта входить до числа найгустіше заселених країн світу. Мальта найбільшому з островів і має дві великі глибоководні бухти.
29999. Разработка автоматизированного электропривода шлифовального станка 127.05 KB
  В некоторых тяжелых станках применяется автоматическое регулирование скорости вращения двигателя в диапазоне примерно 2:1 с целью поддержания постоянства скорости резания. Поэтому при сравнительно больших диаметрах шлифовальных кругов до 1000 мм скорость вращения шлифовального шпинделя ниже или равна скорости вращения приводного двигателя около 950 об мин. Скорости вращения этих двигателей 24000 : 48000 об мин а при малых диаметрах шлифовальных кругов доходят до 150000 : 200000 об мин. При скоростях вращения до 48000 об мин ротор...