0


如果R是唯一析因整环,那么R[x]也是唯一析因整环

【定义1】商域

如果

  1. R
  2. R
  3. R是整环,那么则
  4. R
  5. R
  6. R上的商域
  7. K
  8. R
  9. K_{R}
  10. KR​定义为
  11. K
  12. R
  13. =
  14. {
  15. a
  16. b
  17. a
  18. ,
  19. b
  20. R
  21. ,
  22. b
  23. 0
  24. }
  25. K_{R} = \left\{ \frac{a}{b}|a,b \in R,b \neq 0 \right\}
  26. KR​={ba​∣a,bR,b=0}

其中

  1. a
  2. b
  3. =
  4. a
  5. b
  6. K
  7. R
  8. a
  9. b
  10. =
  11. a
  12. b
  13. R
  14. \frac{a}{b} = \frac{a^{'}}{b^{'}} \in K_{R} \Leftrightarrow ab^{'} = a^{'}b \in R
  15. ba​=ba′​∈KR​⇔ab′=abR

  1. K
  2. R
  3. K_{R}
  4. KR​中的
  5. +
  6. ×
  7. + \times
  8. +、×按照下面方式进行
  9. a
  10. b
  11. +
  12. c
  13. d
  14. =
  15. a
  16. d
  17. +
  18. b
  19. c
  20. b
  21. d
  22. a
  23. b
  24. ×
  25. c
  26. d
  27. =
  28. a
  29. c
  30. b
  31. d
  32. \frac{a}{b} + \frac{c}{d} = \frac{ad + bc}{bd}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \frac{a}{b} \times \frac{c}{d} = \frac{ac}{bd}
  33. ba​+dc​=bdad+bc ba​×dc​=bdac

负元、逆元定义如下

  1. a
  2. b
  3. =
  4. a
  5. b
  6. (
  7. a
  8. b
  9. )
  10. 1
  11. =
  12. b
  13. a
  14. - \frac{a}{b} = \frac{- a}{b}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \left( \frac{a}{b} \right)^{- 1} = \frac{b}{a}
  15. ba​=ba (ba​)−1=ab

【定义2】环同态

  1. R
  2. R
  3. R是整环,可按照下面方式,建立从
  4. R
  5. R
  6. R到商域
  7. K
  8. R
  9. K_{R}
  10. KR​的环同态
  11. φ
  12. :
  13. R
  14. K
  15. R
  16. ,
  17. φ
  18. (
  19. r
  20. )
  21. =
  22. r
  23. 1
  24. ,
  25. r
  26. R
  27. \varphi:R \rightarrow K_{R},\ \varphi(r) = \frac{r}{1},\ \forall r \in R
  28. φ:RKR​, φ(r)=1r​, rR

可以看出

  1. φ
  2. \varphi
  3. φ是一个从
  4. R
  5. R
  6. R到商域
  7. K
  8. R
  9. K_{R}
  10. KR​的单射函数,即对于商域
  11. K
  12. R
  13. K_{R}
  14. KR​的元素
  15. a
  16. b
  17. \frac{a}{b}
  18. ba​约分后
  19. a
  20. b
  21. \frac{a^{'}}{b^{'}}
  22. ba′​,如果
  23. b
  24. =
  25. 1
  26. b^{'} = 1
  27. b′=1,则对应一个
  28. R
  29. R
  30. R的元素
  31. a
  32. a^{'}
  33. a′。

【定义3】本原多项式

如果

  1. R
  2. R
  3. R是唯一析因整环,对于
  4. R
  5. [
  6. x
  7. ]
  8. R\lbrack x\rbrack
  9. R[x]的多项式函数
  10. F
  11. =
  12. i
  13. =
  14. 0
  15. m
  16. a
  17. i
  18. x
  19. i
  20. r
  21. i
  22. R
  23. F = \sum_{i = 0}^{m}{a_{i}x^{i}}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ r_{i} \in R
  24. F=i=0maixi ri​∈R

如果

  1. gcd
  2. (
  3. a
  4. m
  5. a
  6. 1
  7. ,
  8. a
  9. 0
  10. )
  11. 1
  12. \gcd\left( a_{m}\ldots a_{1},a_{0} \right)\sim 1
  13. gcd(am​…a1​,a0​)∼1,那么称
  14. F
  15. F
  16. F为本原多项式。

一般情况下:

  1. F
  2. =
  3. gcd
  4. (
  5. a
  6. m
  7. a
  8. 1
  9. ,
  10. a
  11. 0
  12. )
  13. ×
  14. p
  15. p
  16. (
  17. F
  18. ,
  19. x
  20. )
  21. =
  22. c
  23. o
  24. n
  25. t
  26. (
  27. F
  28. ,
  29. x
  30. )
  31. ×
  32. p
  33. p
  34. (
  35. F
  36. ,
  37. x
  38. )
  39. F = \gcd\left( a_{m}\ldots a_{1},a_{0} \right) \times pp(F,x) = cont(F,x) \times pp(F,x)
  40. F=gcd(am​…a1​,a0​)×pp(F,x)=cont(F,xpp(F,x)

其中

  1. c
  2. o
  3. n
  4. t
  5. (
  6. F
  7. ,
  8. x
  9. )
  10. =
  11. gcd
  12. (
  13. a
  14. m
  15. a
  16. 1
  17. ,
  18. a
  19. 0
  20. )
  21. cont(F,x) = \gcd\left( a_{m}\ldots a_{1},a_{0} \right)
  22. cont(F,x)=gcd(am​…a1​,a0​)、
  23. p
  24. p
  25. (
  26. F
  27. ,
  28. x
  29. )
  30. pp(F,x)
  31. pp(F,x)为
  32. F
  33. F
  34. F的本原部分、
  35. c
  36. o
  37. n
  38. t
  39. (
  40. F
  41. ,
  42. x
  43. )
  44. cont(F,x)
  45. cont(F,x)为
  46. F
  47. F
  48. F的容忍度。

【引理1】

如果

  1. R
  2. R
  3. R是唯一析因整环,那么两个本原多项式的积仍是本原多项式。

【引理2】

如果

  1. R
  2. R
  3. R是唯一析因整环,那么两个本原多项式
  4. F
  5. G
  6. FG
  7. FG满足
  8. F
  9. ×
  10. f
  11. =
  12. G
  13. ×
  14. g
  15. f
  16. R
  17. g
  18. R
  19. F \times f = G \times g\ \ \ \ \ \ f \in Rg \in R
  20. F×f=G×g fRgR

那么有

  1. f
  2. g
  3. F
  4. G
  5. f\sim g\ \ \ \ \ \ \ \ F\sim G
  6. fg FG

这是因为最小公倍数

  1. l
  2. c
  3. m
  4. (
  5. f
  6. ,
  7. g
  8. )
  9. F
  10. ×
  11. f
  12. lcm(f,g)|F \times f
  13. lcm(f,g)∣F×f
  14. l
  15. c
  16. m
  17. (
  18. f
  19. ,
  20. g
  21. )
  22. G
  23. ×
  24. g
  25. lcm(f,g)|G \times g
  26. lcm(f,g)∣G×g,而
  27. F
  28. G
  29. FG
  30. FG为本原多项式,所以
  31. f
  32. l
  33. c
  34. m
  35. (
  36. f
  37. ,
  38. g
  39. )
  40. g
  41. f\sim lcm(f,g)\sim g
  42. flcm(f,g)∼g,从而
  43. F
  44. G
  45. F\sim G
  46. FG

【定理】如果

  1. R
  2. R
  3. R是唯一析因整环,那么
  4. R
  5. [
  6. x
  7. ]
  8. R\lbrack x\rbrack
  9. R[x]也是唯一析因整环

【证明】

  1. R
  2. [
  3. x
  4. ]
  5. R\lbrack x\rbrack
  6. R[x]上的多项式函数为
  7. F
  8. =
  9. i
  10. =
  11. 0
  12. m
  13. r
  14. i
  15. x
  16. i
  17. r
  18. i
  19. R
  20. F = \sum_{i = 0}^{m}{r_{i}x^{i}}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ r_{i} \in R
  21. F=i=0mrixi ri​∈R

根据【定义1】中商域

  1. K
  2. R
  3. K_{R}
  4. KR​的定义,
  5. F
  6. F
  7. F对应
  8. K
  9. R
  10. [
  11. x
  12. ]
  13. K_{R}\lbrack x\rbrack
  14. KR​[x]上的多项式函数
  15. F
  16. K
  17. =
  18. i
  19. =
  20. 0
  21. m
  22. k
  23. i
  24. x
  25. i
  26. k
  27. i
  28. =
  29. r
  30. i
  31. 1
  32. R
  33. F_{K} = \sum_{i = 0}^{m}{k_{i}x^{i}}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ k_{i} = \frac{r_{i}}{1} \in R
  34. FK​=i=0mkixi ki​=1ri​​∈R

注意:由于

  1. K
  2. R
  3. K_{R}
  4. KR​为域,所以
  5. K
  6. R
  7. [
  8. x
  9. ]
  10. K_{R}\lbrack x\rbrack
  11. KR​[x]是欧几里得整环,从而
  12. K
  13. R
  14. [
  15. x
  16. ]
  17. K_{R}\lbrack x\rbrack
  18. KR​[x]是唯一析因整环。

下面的1、2中对

  1. F
  2. K
  3. F_{K}
  4. FK​的真因子分解结果会把真因子的相伴元视为等价因子。

1. 若

  1. F
  2. F
  3. F为本原多项式,且
  4. F
  5. K
  6. F_{K}
  7. FK​的真因子分解结果必然对应一个
  8. F
  9. F
  10. F的真因子分解结果

  1. F
  2. K
  3. F_{K}
  4. FK​的真因子分解结果如下:
  5. F
  6. K
  7. =
  8. i
  9. =
  10. 1
  11. n
  12. F
  13. K
  14. (
  15. i
  16. )
  17. F
  18. K
  19. (
  20. i
  21. )
  22. K
  23. R
  24. [
  25. x
  26. ]
  27. F_{K} = \prod_{i = 1}^{n}F_{K}^{(i)}\ \ \ \ \ \ \ \ F_{K}^{(i)} \in K_{R}\lbrack x\rbrack
  28. FK​=i=1nFK(i)​ FK(i)​∈KR​[x]

对于所有

  1. F
  2. K
  3. (
  4. i
  5. )
  6. F_{K}^{(i)}
  7. FK(i)​,总有一个
  8. F
  9. (
  10. i
  11. )
  12. F^{(i)}
  13. F(i)与之对应:
  14. φ
  15. 1
  16. (
  17. F
  18. K
  19. (
  20. i
  21. )
  22. ×
  23. r
  24. (
  25. i
  26. )
  27. 1
  28. )
  29. =
  30. F
  31. (
  32. i
  33. )
  34. r
  35. (
  36. i
  37. )
  38. R
  39. \varphi^{- 1}\left( F_{K}^{(i)} \times \frac{r^{(i)}}{1} \right) = F^{(i)}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ r^{(i)} \in R
  40. φ−1(FK(i)​×1r(i)​)=F(i) r(i)∈R

那么有

  1. F
  2. i
  3. =
  4. 1
  5. n
  6. r
  7. (
  8. i
  9. )
  10. =
  11. i
  12. =
  13. 1
  14. n
  15. F
  16. (
  17. i
  18. )
  19. F\prod_{i = 1}^{n}r^{(i)} = \prod_{i = 1}^{n}F^{(i)}
  20. Fi=1nr(i)=i=1nF(i)

而每个

  1. R
  2. [
  3. x
  4. ]
  5. R\lbrack x\rbrack
  6. R[x]的多项式函数
  7. F
  8. (
  9. i
  10. )
  11. F^{(i)}
  12. F(i)都可写成本原部分和容忍度的乘积,所以
  13. F
  14. ×
  15. i
  16. =
  17. 1
  18. n
  19. r
  20. (
  21. i
  22. )
  23. =
  24. i
  25. =
  26. 1
  27. n
  28. c
  29. o
  30. n
  31. t
  32. (
  33. F
  34. (
  35. i
  36. )
  37. ,
  38. x
  39. )
  40. ×
  41. i
  42. =
  43. 1
  44. n
  45. p
  46. p
  47. (
  48. F
  49. (
  50. i
  51. )
  52. ,
  53. x
  54. )
  55. F \times \prod_{i = 1}^{n}r^{(i)} = \prod_{i = 1}^{n}{cont\left( F^{(i)},x \right)} \times \prod_{i = 1}^{n}{pp\left( F^{(i)},x \right)}
  56. F×i=1nr(i)=i=1ncont(F(i),xi=1npp(F(i),x)

根据 【引理1】

  1. i
  2. =
  3. 1
  4. n
  5. p
  6. p
  7. (
  8. F
  9. (
  10. i
  11. )
  12. ,
  13. x
  14. )
  15. \prod_{i = 1}^{n}{pp\left( F^{(i)},x \right)}
  16. i=1npp(F(i),x)

为本原多项式。

再根据 【引理2】

  1. i
  2. =
  3. 1
  4. n
  5. r
  6. (
  7. i
  8. )
  9. i
  10. =
  11. 1
  12. n
  13. c
  14. o
  15. n
  16. t
  17. (
  18. F
  19. (
  20. i
  21. )
  22. ,
  23. x
  24. )
  25. \prod_{i = 1}^{n}r^{(i)}\sim\prod_{i = 1}^{n}{cont\left( F^{(i)},x \right)}
  26. i=1nr(i)∼i=1ncont(F(i),x)
  27. F
  28. i
  29. =
  30. 1
  31. n
  32. p
  33. p
  34. (
  35. F
  36. (
  37. i
  38. )
  39. ,
  40. x
  41. )
  42. F\sim\prod_{i = 1}^{n}{pp\left( F^{(i)},x \right)}
  43. Fi=1npp(F(i),x)

所以

  1. F
  2. K
  3. F_{K}
  4. FK​的真因子分解结果必然对应一个
  5. F
  6. F
  7. F因子分解结果。

2. 若

  1. F
  2. F
  3. F是本原多项式,则多项式
  4. F
  5. F
  6. F的真因子分解结果唯一

通过映射关系

  1. φ
  2. \varphi
  3. φ,
  4. F
  5. F
  6. F的真因子分解过程可在
  7. F
  8. K
  9. F_{K}
  10. FK​上模拟。这也意味,当
  11. F
  12. F
  13. F的真因子分解过程结束时,
  14. F
  15. K
  16. F_{K}
  17. FK​的也无真因子可继续分解(根据前面的结论,**
  18. F
  19. K
  20. F_{K}
  21. FK​的真因子分解结果必然对应一个
  22. F
  23. F
  24. F的真因子分解结果**,反证立得)。

由于

  1. F
  2. K
  3. F_{K}
  4. FK​是唯一析因整环
  5. K
  6. R
  7. [
  8. x
  9. ]
  10. K_{R}\lbrack x\rbrack
  11. KR​[x]上的多项式,所以
  12. F
  13. K
  14. F_{K}
  15. FK​唯一分解,从而
  16. F
  17. F
  18. F也是唯一分解(因为
  19. F
  20. F
  21. F的不同真因子分解,也必然对应
  22. F
  23. K
  24. F_{K}
  25. FK​的不同真因子分解,矛盾)。

3. 一般多项式

  1. F
  2. F
  3. F的真因子分解结果唯一

对于一般的多项式

  1. F
  2. F
  3. F的任意分解
  4. F
  5. =
  6. i
  7. =
  8. 1
  9. k
  10. f
  11. i
  12. ×
  13. i
  14. =
  15. 1
  16. n
  17. F
  18. i
  19. =
  20. c
  21. o
  22. n
  23. t
  24. (
  25. F
  26. ,
  27. x
  28. )
  29. ×
  30. p
  31. p
  32. (
  33. F
  34. ,
  35. x
  36. )
  37. F = \prod_{i = 1}^{k}f_{i} \times \prod_{i = 1}^{n}F_{i} = cont(F,x) \times pp(F,x)
  38. F=i=1kfi​×i=1nFi​=cont(F,xpp(F,x)

因为

  1. F
  2. i
  3. F_{i}
  4. Fi​都是本原多项式(否则可以析出真因子
  5. R
  6. \in R
  7. R),根据 **【引理1】【引理2】**
  8. i
  9. =
  10. 1
  11. k
  12. f
  13. i
  14. c
  15. o
  16. n
  17. t
  18. (
  19. F
  20. ,
  21. x
  22. )
  23. \prod_{i = 1}^{k}f_{i}\sim cont(F,x)
  24. i=1kfi​∼cont(F,x)
  25. i
  26. =
  27. 1
  28. n
  29. F
  30. i
  31. p
  32. p
  33. (
  34. F
  35. ,
  36. x
  37. )
  38. \prod_{i = 1}^{n}F_{i}\sim pp(F,x)
  39. i=1nFi​∼pp(F,x)

由于

  1. c
  2. o
  3. n
  4. t
  5. (
  6. F
  7. ,
  8. x
  9. )
  10. R
  11. cont(F,x) \in R
  12. cont(F,x)∈R,所以真因子分解结果唯一。同时根据**2**,可知
  13. F
  14. F
  15. F的本原部分
  16. p
  17. p
  18. (
  19. F
  20. ,
  21. x
  22. )
  23. pp(F,x)
  24. pp(F,x)的真因子分解结果
  25. i
  26. =
  27. 0
  28. n
  29. F
  30. i
  31. \prod_{i = 0}^{n}F_{i}
  32. i=0nFi​唯一,所以一般多项式
  33. F
  34. F
  35. F的真因子分解结果唯一。
标签: 算法 抽象代数

本文转载自: https://blog.csdn.net/tianwangwxm/article/details/139660053
版权归原作者 书中玉 所有, 如有侵权,请联系我们删除。

“如果R是唯一析因整环,那么R[x]也是唯一析因整环”的评论:

还没有评论