Кіріспе

Полиномиялық қайталанбайтындықтың жеткілікті шарты. Математикада Эйзенштейн критерийі – бүтін сан коэффициенттері бар полиномияның рационал сандар астында қайталанбайтын болуы үшін жеткілікті шартты береді, яғни оның рационал коэффициенттері бар тұрақты емес полиномиялардың көбейтіндісіне жіктелмейтіндігін көрсетеді. Бұл критерий рационал сандар астында қайталанбайтын бүтін сан коэффициенттері бар барлық полиномияларға қолданылмайды, бірақ кейбір маңызды жағдайларда азайтылмайтындығын аз күш жұмсап дәлелдеуге мүмкіндік береді. Оны тікелей немесе бастапқы полиномияны түрлендіргеннен кейін қолдануға болады. Бұл критерий Готтхольд Эйзенштейннің есімімен аталады. 20 ғасырдың басында ол Шёнеман-Эйзенштейн теоремасы деп те белгілі болды, себебі Теодор Шёнеман оны алғаш жариялаған.

Мысалдар

Айзенштейн критерийі тікелей (яғни, түпкі полиномды қолдана отырып) немесе түпкі полиномды түрлендіргеннен кейін қолданылуы мүмкін.

Тікелей (өңдеусіз)

Көпше 1=Q(x) = 3x^(4) + 15x^(2) + 10 қарастырайық. Айзенштейн критерийын қолдану үшін, p жай саны 15 және 10 жетекші емес коэффициенттерін бөлуі керек, яғни тек 1=p=5 ғана мүмкін, және ол шынымен де солай, себебі 5 жетекші коэффициент 3-ті бөлмейді, ал оның квадраты 25 тұрақты коэффициент 10-ды бөлмейді. Осыдан Q көпшесі 'Q' (және ол примитивті болғандықтан, 'Z' бойынша да) толықтырылмайды деген қорытынды шығады. Q 4-дәрежелі болғандықтан, бұл қорытындыны тек Q-ның рационал түбірлері жоқ екенін тексеру арқылы ғана жасауға болмайды (бұл 1-дәрежелі факторларды жояды), себебі екі квадраттық факторға жіктелу де мүмкін.

Жанама (өңдеуден кейін)

Көбінесе Эйзенштейн критерийі ешбір жай санға қолданылмайды. Дегенмен, ол (кейбір жай сан үшін) x + a-ны x-ке ауыстырудан кейін алынған көпмүшеге (кейбір бүтін сан үшін) қолданылуы мүмкін. Ауыстырудан кейін алынған көпмүше бөлшектік болса, бастапқы көпмүше де бөлшектік деген қорытынды жасауға болады. Бұл процедура ауыстыру арқылы қолдану деп аталады. Мысалы, H = x² + x + 2 деп қарастырайық, онда x-тің 1-ші коэффициенті ешқандай жай санға бөлінбейді, сондықтан Эйзенштейн критерийі H-ға қолданылмайды. Бірақ егер H-да x-ті x + 3-ке ауыстырса, x² + 7x + 14 көпмүшесі алынады, ол 7 жай саны үшін Эйзенштейн критерийін қанағаттандырады. Ауыстыру «Q»[x] сақинасының автоморфизмі болғандықтан, ауыстырудан кейін бөлшектік көпмүше алуымыз, бастапқыда бөлшектік көпмүше болғанын білдіреді. Осы мысалда H (2-дәрежелі моник) тек бүтін түбірі болса ғана бөлшектік болуы мүмкін деп айту оңай болар еді, бірақ Эйзенштейн критерийін қолдану үшін ауыстыруларды сынап көрудің жалпы қағидасы оның қолданылу аясын кеңейтудің пайдалы тәсілі болып табылады. Көпмүшені критерийді қанағаттандыру үшін түрлендірудің тағы бір мүмкіндігі – оның коэффициенттерінің ретін кері қайтару, егер оның тұрақты мүшесі нөлден өзгеше болса (әйтпесе ол x-ке бөлінетін болар еді). Бұл солай, себебі мұндай көпмүшелер R[x]-де бөлшектік болса, олар R[x, x⁻¹]-де де бөлшектік болады (R кез келген интегралды домен үшін), ал сол сақинада x⁻¹-ді x-ке ауыстыру коэффициенттердің ретін кері қайтарады (тұрақты коэффициентке қатысты симметриялық түрде, бірақ көрсеткіштегі келесі ауыстыру бірлікке көбейтумен тең). Мысалы, 2x⁵ − 4x² − 3 көпмүшесінің коэффициенттерін кері қайтара отырып, p = 2 үшін критерийді қанағаттандырады және (примитивті болғандықтан) сондықтан 'Z'[x]-де бөлшектік болады.

Циклотомиялық көптіктер

Айзенштейн критерийін қолдану арқылы қайталанбайтын полиномиалдардың маңызды класы – жай сандар p үшін циклотомдық полиномиалдар. Мұндай полиномиал x^(p) − 1 полиномиалды x − 1 сызықтық көбейткішіне бөлу арқылы алынады, бұл оның түбірi 1-ге сәйкес келеді (p > 2 болса, оның жалғыз рационалдық түбірі): Мұнда, бұрынғы H мысалындағыдай, 1 коэффициенттері Айзенштейн критерийін тікелей қолдануға мүмкіндік бермейді. Дегенмен, x + 1 x-ке ауыстырылғаннан кейін полиномиал p критерийін қанағаттандырады: бұл барлық жетекші емес коэффициенттерін береді, олар биномдық коэффициенттердің қасиеттері бойынша p-ге бөлінеді, ал тұрақты коэффициенті p-ге тең, сондықтан p^(2) арқылы бөлінбейді. Бұл қорытындыға жетудің баламалы жолы – 1 = (a + b)^(p) = a^(p) + b^(p) теңдігін пайдалану, бұл p сипаттамасында жарамды (және ол биномдық коэффициенттердің сол қасиеттеріне негізделген және Фробен эндоморфизмін тудырады), полиномиалдардың бөліндісінің p модулі бойынша қалдығын есептеу үшін: бұл бөліндінің жетекші емес коэффициенттерінің барлығы p-ге бөлінетінін білдіреді; бөліндінің тұрақты мүшесі p екенін тексеру x^(p-1) + … + x + 1 кеңейтілген түріне x (x + 1 орнына) қою арқылы жүзеге асырылуы мүмкін.

Дәлел

Бұл жалпылаудың дәлелі бастапқы мәлімдемеге ұқсас, коэффициенттерді 'p' модулі бойынша қысқартуды ескере отырып жасалады; маңыздысы – D/'p' интегралды доменіндегі бірмүшелі полином, кем дегенде бір көбейткіші бірнеше мүшеден тұратын көбейтіндіге жіктелмейді (мұндай көбейтіндіде ең жоғары немесе ең төменгі дәрежелі коэффициенттерде өшірілу мүмкін емес).

Мысал

'Z' кейін интегралды доменнің негізгі мысалдарының бірі – k өрісі бойынша u айнымалысындағы 1=D = k[u] полиномиялық сақинасы болып табылады. Бұл жағдайда u-дан туындаған негізгі идеал – жай идеал. Содан кейін Айзенштейн критерийін 1=Q(x) = x^(3) + ux + u D[x] сияқты полиномның икемделігін (толықтығын) дәлелдеу үшін қолдануға болады. Расында, u a3-ті бөлмейді, u^(2) a0-ды бөлмейді, ал u a0, a1 және a2-ні бөлмейді. Бұл полином жай идеал 1 = 'p' = (u) үшін Айзенштейн критерийінің жалпыланған шартына сәйкес келеді, себебі негізгі идеал (u) үшін (u) элементі болу u-ға бөлінумен эквивалентті.