Кіріспе

Көпмүшенің коэффициенттерінің функциясы, оның түбірлері туралы ақпарат береді. Математикада, көпмүшенің дискриминанты – коэффициенттерге байланысты шама, және оларды есептеместен түбірлердің кейбір қасиеттерін анықтауға мүмкіндік береді. Нақтырақ айтқанда, бұл бастапқы көпмүшенің коэффициенттерінің көпмүшелік функциясы. Дискриминант көпмүшелерді көбейткіштерге жіктеуде, сандар теориясында және алгебралық геометрияда кеңінен қолданылады. Квадраттық көпмүшенің дискриминанты – квадраттық формуласындағы квадрат түбірдің астында пайда болатын шама. Егер бұл дискриминант нөл болса, онда және тек қана полиномда екі рет қайталанатын түбір бар. Нақты коэффициенттер жағдайында, егер полиномда екі әртүрлі нақты түбір болса, ол оң, ал егер екі әртүрлі кешенді түбір болса, ол теріс болады. Сол сияқты, кубтық көпмүшенің дискриминанты нөлге тең, егер және тек қана көпмүшенің бірнеше түбірі болса. Нақты коэффициенттері бар кубтық көпмүше үшін, егер полиномда үш әртүрлі нақты түбір болса, дискриминант оң, ал егер оның бір нақты түбірі және екі әртүрлі кешенді түбірі болса, теріс болады. Жалпы алғанда, оң дәрежелі бір айнымалы көпмүшенің дискриминанты нөлге тең, егер және тек қана көпмүшеде бірнеше түбірлер болса. Нақты коэффициенттер және бірнеше түбірлер болмаған жағдайда, дискриминант оң, егер нақты емес түбірлердің саны 4-ке бөлінетін болса (оның ішінде түбірлердің жоқтығы да), әйтпесе теріс болады. Бірнеше жалпыламалар да дискриминант деп аталады: алгебралық сан денесінің дискриминанты; квадраттық пішіннің дискриминанты; және жалпы алғанда, пішіннің дискриминанты, гомогенді көпмүшенің немесе проективті гипербеттің дискриминанты (бұл үш ұғым негізінен бірдей).

Шығу тегі

"Дискриминант" терминін 1851 жылы британдық математик Джеймс Джозеф Сильвестр ойлап тапты.

Төменгі деңгейі

Сызықтық көпмүшенің (1 дәрежелі) дискриминанты көбінесе қарастырылмайды. Қажет болған жағдайда, ол әдетте 1-ге тең деп анықталады (бос көбейтінді үшін қабылданған шарттарды пайдалана отырып және Сильвестр матрицасының екі бөлігінің бірі бос екенін ескере отырып). Тұрақты көпмүшенің (яғни 0 дәрежелі көпмүшенің) дискриминанты үшін жалпыға қабылданған ереже жоқ. Төмен дәрежелер үшін дискриминант өте қарапайым (төменде қараңыз), бірақ жоғары дәрежелерде ол күрделене түсуі мүмкін. Мысалы, жалпы төртінші дәрежелі көпмүшенің дискриминанты 16 мүшеден, бесінші дәрежелісі 59 мүшеден, ал алтыншы дәрежелісі 246 мүшеден тұрады. Бұл OEIS тізбегі.

Нөлдік дискриминант

Көптолықтың өрістегі дискриминанты нөлге тең, егер және тек қана егер көптолықтың өрістің кейбір кеңейтулерінде қайталама түбірі болса. Егер және тек егер полиномиал мен оның туындысының тұрақты емес ортақ бөлгіші болса, интегралдық домендегі полиномиалдың дискриминанты нөлге тең. 0-характеристикасында бұл полиномиал толық квадрат емес деп айтумен тең (яғни ол тұрақты емес полиномиалдың квадратына бөлінеді). Нөлден тыс сипаттамалық p-де дискриминант нөлге тең, егер және тек егер полиномиал толық квадрат емес болса немесе ол ирредуктивті, бөлінбейтін факторына ие болса (яғни ирредуктивті фактор - бұл полиномиал).

Нағыз тамырлар

Бұл бөлімде барлық көпмүшелердің нақты коэффициенттері бар. Бұрын көрсетілгендей, дискриминанттың таңбасы 2-ші және 3-ші дәрежелі көпмүшелердің түбірлерінің сипаты туралы пайдалы ақпарат береді. Жоғары дәрежелер үшін дискриминанттан алынатын ақпарат толық емес, бірақ пайдалы. Нақтырақ айтқанда, n дәрежелі көпмүше үшін: Көпмүшенің дискриминанты нөлге тең болса және тек сонда ғана көпмүшеде бір түбір бар. Егер дискриминант оң болса, нақты емес түбірлердің саны 4-ке бөлінеді. Яғни, 2k күрделі жұп түбір және n − 4k нақты түбір болатын теріс емес бүтін k саны, k ≤ n/4 шартын қанағаттандырады. Егер дискриминант теріс болса, нақты емес түбірлердің саны 4-ке бөлінбейді. Яғни, 2k + 1 жұп күрделі түбір және n − 4k + 2 нақты түбір болатын теріс емес бүтін k саны, k ≤ (n − 2)/4 шартын қанағаттандырады.

Алгебралық геометрияда қолдану

Алгебралық геометрияда дискриминанттарды әдетте жазықтық алгебралық қисықтарды және жалпы алгебралық гипербеттерді зерттеу үшін қолданады. V осындай қисық немесе гипербет болсын; V көпөлшемді полиномның нөлдік жиыны ретінде анықталады. Бұл полином белгісіздердің біріне қатысты біртұтас полином ретінде қарастырылуы мүмкін, ал қалған белгісіздерге байланысты полиномдар коэффициенттер ретінде қарастырылады. Таңдалған белгісізге қатысты дискриминант қалған белгісіздер кеңістігінде W гипербетін анықтайды. W нүктелері – V нүктелерінің проекциясы (соның ішінде шексіз нүктелер), олар жеке нүктелер болып табылады немесе таңдалған белгісіздің өсіне параллель жанама гипержазысы бар. Мысалы, f – X және Y айнымалыларындағы нақты коэффициенттері бар екіөлшемді полином болсын, онда 1=f = 0 – нақты жазықтық алгебралық қисықтың жасырын теңдеуі. f полиномын Y-ға қатысты біртұтас полином ретінде қарастырғанда, оның коэффициенттері X-ке тәуелді, онда дискриминант – X-ке қатысты полином, оның түбірлері – жеке нүктелердің, Y өсіне параллель жанамасы бар нүктелердің және Y өсіне параллель кейбір асимптоталардың X координаталары. Басқаша айтқанда, Y дискриминантының және X дискриминантының түбірлерін есептеу қисықтың барлық ерекше нүктелерін (иілгіш нүктелерді қоспағанда) есептеуге мүмкіндік береді.

Жалпылау

Дискриминант ұғымының екі класы бар. Бірінші класс – алгебралық сандар өрісінің дискриминанты, және кейбір жағдайларда, оның ішінде квадраттық өрістерде, өрісті анықтайтын көпмүшенің дискриминанты. Екінші кластың дискриминанттары коэффициенттерге тәуелді мәселелер үшін туындайды, онда мәселенің дегенеративті жағдайлары немесе сингулярлықтары коэффициенттердегі бір ғана көпмүшенің нөлге теңесуімен сипатталады. Бұл, мысалы, көпмүшенің дискриминанты үшін орынды, яғни екі түбір бір-бірімен беттескенде ол нөлге тең болады. Мұндай жалпыланған дискриминант анықталатын көптеген жағдайлар төмендегідей. A – 0 сипаттамасы бар өрістегі n белгісізі бар гомогенді көпмүше болсын, немесе көпмүшенің дәрежесін бөлмейтін жай сипаттамасы бар өріс. A көпмүшесі проективті гипербетті анықтайды, ол тек қана A-ның n ішінара туындылары ортақ нөлге ие болғанда ғана біртұтас нүктелерге ие болады. Бұл жағдайда, және тек қана осы ішінара туындылардың көпөлшемді нәтижесі нөлге тең болса, және осы нәтижені A-ның дискриминанты ретінде қарастыруға болады. Дегенмен, туындыдан алынған бүтін коэффициенттердің нәтижесінде, бұл көпөлшемді нәтиже n-нің белгілі бір дәрежесімен бөліне алады, сондықтан нәтиженің примитивті бөлігін, жалпы коэффициенттермен есептелгенін дискриминант ретінде алу дұрыс. Сипаттамаға қатысты шектеу қажет, өйткені әйтпесе ішінара туындылардың ортақ нөлі міндетті түрде көпмүшенің нөлі болмайды (гомогенді көпмүшелер үшін Эйлер теңдігін қараңыз). D дәрежелі гомогенді екіайнымалы көпмүше жағдайында, бұл жалпы дискриминант келесі бөлімдерде сипатталатын дискриминанттың басқа да классикалық түрлеріне пропорционал болады.

Алгебралық сандар өрісінің дискриминанты

Алгебралық сандар өрісінің дискриминанты алгебралық сандар өрісінің (бүтін сандар сақинасының) мөлшерін өлшейді. Нақтырақ айтқанда, ол бүтін сандар сақинасының негізгі доменінің квадратына пропорционалды және ол қандай жай сандардың тармақталуын анықтайды. Дискриминант – сандық өрістің ең негізгі инварианттарының бірі болып табылады және бірнеше маңызды аналитикалық формулаларда кездеседі, мысалы, K-ның Дедекинд зета-функциясының функционалдық теңдеуі және K үшін аналитикалық сыныптық сан формуласы. Гермит теоремасы шектелген дискриминантқа ие сандық өрістердің саны шекті екенін көрсетеді, алайда осы шаманы анықтау әлі де ашық мәселе болып табылады және қазіргі зерттеулердің нысаны. K алгебралық сандар өрісі болсын, ал OK оның бүтін сандар сақинасы болсын. b1, …, bn OK-ның интегралдық негізі (яғни Z-модулі ретінде негіз) болсын, ал {σ1, …, σn} – K-ның кешендік сандарға енулер жиыны (яғни K → C инъективті сақиналық гомоморфизмдер). K-ның дискриминанты – n × n матрицасы B-ның детерминантының квадраты, оның (i,j)-элементі σi(bj) болады. Символдық түрде K-ның дискриминантын K-ның абсолютті дискриминанты деп атауға болады, оны сандық өрістердің K/L кеңейтуінен ажырату үшін. Соңғысы L-дің бүтін сандар сақинасындағы идеал болып табылады және абсолютті дискриминант сияқты K/L-де қандай жай сандар тармақталғандығын көрсетеді. Бұл абсолютті дискриминанттың жалпылауы, L-нің Q-дан үлкен болуына мүмкіндік береді; шындығында, L = Q болғанда, K/Q-ның салыстырмалы дискриминанты – Z-ның абсолютті дискриминантымен туындаған Z-ның негізгі идеалы.

Басты факторларға бөлу

Негізгі дискриминанттарды олардың жай көбейткіштері арқылы да сипаттауға болады. 4-ке конгруэнтті 1 (оң) және 4-ке конгруэнтті 3 (теріс) жай сандардан тұратын жиынды қарастырайық: Бұтыл сан, егер және тек қана егер оны осы жиынның өзара жай мүшелерінің көбейтіндісі түрінде жазуға болады, онда ол негізгі дискриминант болып табылады.