Кіріспе

Көптамалық теориядағы математикалық ұғым – екі көптаманың нәтижесі. Математикада екі көптаманың нәтижесі – олардың коэффициенттерінен құралған полиномиялық өрнек, және бұл өрнек нөлге тең болады, егер және тек қана егер көптамалардың ортақ түбірі болса (мүмкін, өріс кеңейтуінде) немесе, балама түрде, ортақ бөлгіші болса (олардың коэффициенттері өрісінде). Кейбір ескі мәтіндерде нәтиже «жойылған» деп те аталады. Нәтиже сандар теориясында кеңінен қолданылады, тікелей немесе дискриминант арқылы, ал дискриминант – көптама мен оның туындысының нәтижесі болып табылады. Рационал немесе көптамалық коэффициенттері бар екі көптаманың нәтижесі компьютерде тиімді есептелуі мүмкін. Бұл компьютерлік алгебраның негізгі құралы және көптеген компьютерлік алгебра жүйелерінің құрамында бар. Ол, басқалармен қатар, цилиндрлік алгебралық декомпозиция, рационал функцияларды интегралдау және екі өрнектік көптамалық теңдеумен анықталған қисықтарды салу үшін қолданылады. n айнымалыдағы n гомогенді көптаманың нәтижесі (көп айнымалы нәтижесі немесе, оны әдеттегі нәтижеден ажырату үшін Маколей нәтижесі деп те аталады) – Маколей енгізген әдеттегі нәтиженің жалпылауы болып табылады. Ол, Грёбнер негіздерімен бірге, жою теориясының негізгі құралдарының бірі болып табылады.

Нөлдер

Интегралдық домендегі коэффициенттері бар екі полиномның нәтижесі нөлге тең, егер және тек егер олардың оң дәрежелі ортақ бөлгіші болса. Интегралдық домендегі коэффициенттері бар екі полиномның нәтижесі нөлге тең, егер және тек егер олар коэффициенттері бар алгебралық жабық өрісте ортақ түбірге ие болса. e дәрежесінен төмен полином P және d дәрежесінен төмен полином Q бар, сонда... Бұл Безу сәйкестігінің кез келген коммутативті сақинадағы полиномдарға жалпылануы. Басқаша айтқанда, екі полиномның нәтижесі осы полиномдардың тудырған идеалына жатады.

Есептеу

Теориялық тұрғыдан алғанда, нәтижені түбірлердің айырмашылықтарының көбейтіндісі түрінде беретін формула арқылы есептеуге болады. Дегенмен, түбірлердің дәл есептелуі мүмкін болмағандықтан, мұндай алгоритм тиімсіз және сандық тұрақсыз болады. Нәтиже әрбір полиномның түбірлерінің симметриялық функциясы болғандықтан, оны симметриялық полиномдардың негізгі теоремасын қолдану арқылы да есептеуге болады, бірақ бұл өте тиімсіз болар еді. Нәтиже – Сильвестр матрицасының (және Безоу матрицасының) анықтамасы болғандықтан, оны анықтамаларды есептеуге арналған кез келген алгоритмді пайдалану арқылы есептеуге болады. Бұл арифметикалық амалдарды қажет етеді. Бірақ, жақсырақ күрделілікке ие алгоритмдер белгілі болғандықтан (төменде қараңыз), бұл әдіс практикада қолданылмайды. Осыдан нәтижені есептеудің Евклид алгоритмімен тығыз байланысты екендігі көрінеді. Бұл d және e дәрежелі екі полиномның нәтиженін коэффициенттер өрісінде арифметикалық амалдар арқылы есептеуге болатынын көрсетеді. Алайда, егер коэффициенттер бүтін сандар, рационал сандар немесе полиномдар болса, бұл арифметикалық амалдар коэффициенттердің бірнеше ҰБЭ-ін (ең үлкен ортақ бөлгішін) есептеуді білдіреді, бұл алгоритмді тиімсіз етеді. Бұл мәселені шешу және кез келген бөлшектерді және коэффициенттердің ҰБЭ-ін есептеуден аулақ болу үшін субрезультантты жалған қалдық тізбектері енгізілді. Коэффициенттердегі сақиналық гомоморфизм бойынша нәтиженің жақсы қасиеттерін пайдалану арқылы тиімдірек алгоритмге қол жеткізіледі: бүтін коэффициенттері бар екі полиномның нәтиженін есептеу үшін олардың нәтижелерін жеткілікті көп санның қалдықтары бойынша есептеп, содан кейін нәтижені қытайлық қалдық теоремасымен қалпына келтіреді. Бүтін сандар мен полиномдарды жылдам көбейту алгоритмдері нәтижелер мен ең үлкен ортақ бөлгіштерге арналған жақсырақ уақыт күрделілігіне ие алгоритмдерге мүмкіндік береді, ол көбейту күрделілігіне тең және кіріс мөлшерінің логарифмімен көбейтіледі (мұнда s – кіріс полиномдарының цифрларының максималды саны).

Көптамалық жүйелерге қолдану

Нәтижелер полиномиялық теңдеулер жүйесін шешу үшін пайда болды және мұндай жүйелерді шешуге арналған алгоритмдердің бар екенін көрсететін ең алғашқы дәлел болып табылады. Олар ең алдымен екі белгісізі бар екі теңдеудің жүйелері үшін жасалған, бірақ жалпы жүйелерді де шешуге мүмкіндік береді.

Сандар теориясы

Сандар теориясының негізгі құралы болып табылатын полиномның дискриминанты , мұндағы – полиномның жетекші коэффициенті, ал – оның дәрежесі. Егер және алгебралық сандар болса және , онда – нәтижелі полиномның түбірі, ал – полиномның түбірі болады. Осы фактіні ескере отырып, алгебралық сандар жиыны өріс екенін көрсетуге болады. Егер – минималды полиномы болатын элементпен туындаған алгебралық өріс кеңейтімі болса, онда өрістің кез келген элементін түрде жазуға болады, мұндағы – полином. Онда – полиномның түбірі, ал осы нәтижелі сан – минималды полиномның дәрежесі болады.

Компьютерлік алгебра

Барлық алдыңғы қолданбалар, сондай-ақ көптеген басқалары нәтиженің компьютерлік алгебраның негізгі құралы екенін көрсетеді. Шындығында, көптеген компьютерлік алгебра жүйелері нәтижені есептеудің тиімді әдістемесін қамтиды.

Маколейдің нәтиженесі

Маколейдің нәтижесі, Фрэнсис Соверби Маколейдің есімімен аталып, көпөлшемді нәтиже немесе көпмүшелік нәтиже деп те аталады, – n белгісіздегі n гомогенді көпмүшелерге гомогенді нәтиженің жалпылама түрі. Маколейдің нәтижесі – бұл n гомогенді көпмүшелердің коэффициенттерінен құралған көпмүше, ол тек қана егер көпмүшелердің коэффициенттері бар алгебралық жабық өрісте нөлдік емес ортақ шешімі болса, немесе, балама ретінде, көпмүшелермен анықталған n гипербеттер n-1 өлшемді проективті кеңістікте ортақ нөлге ие болса, ғана нөлге тең болады. Көпөлшемді нәтиже, Gröbner негіздерімен бірге, тиімді жою теориясының (компьютердегі жою теориясы) маңызды құралдарының бірі болып табылады. Гомогенді нәтиже сияқты, Маколейдің нәтижесі де детерминанттар арқылы анықталуы мүмкін, сондықтан сақиналық гомоморфизмдер жағдайында жақсы қасиет көрсетеді. Дегенмен, оны бір ғана детерминант арқылы анықтауға болмайды. Сондықтан, оны ең алдымен жалпы көпмүшелер үшін анықтау оңайырақ.

Есептеу мүмкіндігі

Нәтижелі есептеуді детерминанттарды және полиномиялық ең үлкен ортақ бөлгіштерді есептеуге дейін тоғытуға болады, сондықтан нәтижелі есептеу үшін шекті сандағы қадамдарға арналған алгоритмдер бар. Алайда, жалпы нәтижелі – экспоненциалды түрде (n-ге қатысты) өсетін өте жоғары дәрежелі көпмүше, ол өте көп белгісіздерге тәуелді. Осыдан, өте кішкентай n және кіретін полиномдардың төмен дәрежесі болмаса, жалпы нәтижеліні тіпті қазіргі заманғы компьютерлермен де іс жүзінде есептеу мүмкін емес. Сонымен қатар, жалпы нәтижелінің мономиалдарының саны соншалықты көп, егер оны есептеуге мүмкіндік болса да, нәтиже қолданыстағы жад құрылғыларында сақталмайды, тіпті n және кіретін полиномдардың дәрежелерінің кіші мәндері үшін де. Сондықтан, нәтижеліні есептеу тек коэффициенттері өріске жататын немесе өрістегі бірнеше белгісіздерге тәуелді полиномдар үшін ғана мағыналы. Кіріс полиномдарының коэффициенттері өрісте болған жағдайда, нәтижелінің нақты мәні сирек маңызды, тек оның нөлге теңдігі (немесе тең болмауы) ғана маңызды. Нәтижелі нөлге тең болады, егер және тек қана Макалей матрицасының ранкі оның қатарларының санынан кем болса, сондықтан бұл теңдікті Макалей матрицасына Гаусс жою әдісін қолдану арқылы тексеруге болады. Бұл d – кіретін полиномдардың ең жоғары дәрежесі болатын есептеу күрделілігін қамтамасыз етеді. Нәтижеліні есептеудің пайдалы ақпарат бере алатын тағы бір жағдай – кіріс полиномдарының коэффициенттері аз сандағы белгісіздердегі полиномдар болғанда, оларды көбінесе параметрлер деп атайды. Бұл жағдайда, нәтижелі нөл болмаса, ол параметр кеңістігінде гипербетті анықтайды. Нүкте осы гипербетке тиесілі, егер және тек қана нүктенің координаттарымен бірге кіріс полиномдарының нөлін анықтайтын мәндер болса. Басқаша айтқанда, нәтижелі – кіріс полиномдарынан белгісіздерді "жоюдың" нәтижесі.