РефератыМатематикаОсОсновная теорема алгебры

Основная теорема алгебры

Всякий многочлен с любыми комплексными коэффициентами , степень которого не меньше единицы имеет хотя бы один корень, в общем случае комплексный.


План доказательства
.


Лемма №1
. Многочлен f(x)
является непрерывной функцией комплексного переменного x
.


Лемма №2
. Если данн многочлен n
-ой степени, n>0,


f(x)=a0
xn
+a1
xn-1
+…+an


с произвольными комплексными коэффициентами и если k
- любое положительное действительное число, то для достаточно больших по модулю значений


|an
xn
|>k|axn-1
+an
xn-2
+….+a0
|


Лемма №3
.


Лемма №4
.(Лемма Даламбера).



Лемма №5.


Если действительная функция комплексного переменного f(x)
непрерывна в замкнутом круге Е, то она ограничена.


Лемма №6.


Действительная функция комплексного переменного f(x)
непрерывная в замкнутом круге Е достигает своего минимума и максимума.

Доказательство основной теоремы
.


Лемма №1.


Надо доказать, что |f(x0
+x)-f(x0
)
|<e
.


Докажем Лемму №1 сначала для многочлена без свободного члена и при x0
=0


Если A=max(|a0
|,|a1
|,…,|a n-1
|) и (1)


то |f(x)|=|a0
xn
+…+an-1
x|





,


т.к |x
|<б ,
и из (1) б
<1,
то

т.к. a0
=0 то f(0)=0


Что и требовалось доказать.


Теперь докажем непрерывность любого многочлена.


f(x0
+x)=a0
(x0
+x)n
+…+an


pаскрывая все скобки по формуле бинома и собирая вместе члены с


одинаковыми степенями x
получим



Многочлен g(x)-это многочлен от x при x0
=0 и а0
=0 |f(x0
+x)-f(x)|=|g(x)|<e


Лемма доказана.


Лемма №2


Если дан многочлен n
-ой степени, n>0,


f(x)=a0
xn
+a1
xn-1
+…+an


с произвольными комплексными коэффициентами и если k
- любое положительное действительное число, то для достаточно больших по модулю значений x
верно неравенство:


|a0
xn
|>k|a1
xn-1
+a2
xn-2
+….+an
|
(2)


Доказательсво.


Пусть А=max(), тогда



пологая |x|
>1, получим



откуда



следовательно неравенство (2) будет выполняться если |x|>1 и



Лемма №2 доказана.


Лемма №3
.



Доказательство.


(3)


применим лемму 2: при k=2 существует такое N1
, что при |x|> N1


|a0
xn
|>2|a1
xn-1
+a2
xn-2
+….+an
|


откуда


|a1
xn-1
+a2
xn-2
+….+an
|<|a0
xn
|/2


тогда из (3)



при |x|>N=max(N1
,N2
) |f(x)|>M что и тебовалось доказать.


Лемма №3(Лемма Даламбера).


Если при x=x0
м

ногочлен f(x)
степени n
,не обращаеться в нуль, то существует такое приращение h, в общем случае комплексное, что


|f(x0
+h)|<|f(x)|


Доказательство.


По условию f(x0
) не равно нулю, случайно может быть так, что x0
является корнем f’(x),..,f(k-1)
(x). Пусть k-я производная будет первой, не имеющей x0
своим корнем. Такое k существует т.к.


f(n)
( x0
)=n!a0


Таким образом





Т.к f(x0
) не равно нулю то поделим обе части уравнения на f(x0
)

и обозначим



Теперь будем выбирать h. Причем будем отдельно выбирать его модуль и его аргумент.


По лемме№1:


С другой стороны при


(4)


Пусть |h|<min(б1
, б2
), тогда



Теперь выберем аргумент h так, чтобы ck
hk
было действительным отрицательным числом.



При таком выборе ck
hk
=-| ck
hk
| следовательно учитывая (4) получим



Что доказывает лемму Даламбера.


Лемма №5.


Если действительная функция комплексного переменного f(x)
непрерывна в замкнутом круге Е, то она ограничена.


Доказательство.


Предположим, что это не верно тогда


получена бесконечная ограниченная последовательность xn
,


из нее можно выбрать сходящуюся подпоследовательность , пусть ее предел равенx0
. Так как круг Е замкнут, то x0
пренадлежит Е. Тогда так как f(x)
непрерывна



получено противоречие, следовательно неверно, предположение о неограничености f(x)
.


Лемма №6.


Действительная функция комплексного переменногоf(x)
непрерывная в замкнутом круге Е достигает своего минимума и


максимума.


Доказательство.


Докажем это утверждение для максимума.


Так как f(x)
непрерывна в Е, то она ограничена и следовательно существует M
=sup{
f(x)}
. Рассмотрим функцию .


Если f(x)
не достигает своего максимума, то M>
f(x)
следовательно M-
f(x)>0
, следовательно g(x)
непрерывна в Е.




Полученое противоречит тому, что M
=sup{
f(x)}
. Следовательно функция достигает свего максимума. Аналогично доказывается достижение минимума.


Доказательство основной теоремы.


Пусть дан многочлен f(x), очевидно что если an
-свободный член, то f(0)= an
. Теперь применим лемму№3: возьмем М=|f(0)| =|an
| тогда существует такое N, что при |x|>N |f(x)|>M. Теперь возьмем круг Е ограниченный окружностью с центром в нуле и радиусом N, включая границы круга. Так как (по лемме №1) многочлен f(x)-непрерывен, то и |f(x)|-непрерывен внутри замкнутого круга Е, следовательно(по лемме №6), существует такая точка x0
, что для всех x из E выполняется неравенство |f(x)|>=|f(x0
)|. x0
является точкой минимума для |f(x)| внутри E. Т.к для любого x:|x|>N |f(x)|>M>|f(0)|>|f(x0
)| точка x0
является точкой минимуа |f(x)| на всей комплексной плоскости.


|f(x0
)|=0 т.к по лемме Даламбера если |f(x0
)|¹0 то x0
не точка минимума для |f(x)|Þ x0
-корень многочлена f(x).


Теорема доказана.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Основная теорема алгебры

Слов:803
Символов:7386
Размер:14.43 Кб.