Введение

Связь между числом положительных корней многочлена и знаками его коэффициентов
В математике правило знаков Декарта, впервые описанное Рене Декартом в его работе La Géométrie, представляет собой метод получения информации о числе положительных вещественных корней многочлена. Оно утверждает, что число положительных корней не превышает числа смен знаков в последовательности коэффициентов многочлена (при этом нулевые коэффициенты игнорируются), и что разность между этими двумя числами всегда является четным числом. Это, в частности, означает, что если число смен знаков равно нулю или единице, то число положительных корней равно соответственно нулю или одному. С помощью линейно-дробного преобразования переменной можно использовать правило знаков Декарта для получения аналогичной информации о числе корней в любом интервале. Это является базовой идеей теоремы Будана и теоремы Будана — Фурье. Повторяя деление интервала на два, в конечном итоге получают список непересекающихся интервалов, содержащих вместе все вещественные корни многочлена, причем каждый интервал содержит ровно один вещественный корень. Правило знаков Декарта и линейно-дробные преобразования переменной в настоящее время лежат в основе самых быстрых алгоритмов для компьютерного вычисления вещественных корней многочленов (см. Изоляция вещественных корней). Сам Декарт использовал преобразование x → −x для применения своего правила к определению числа отрицательных корней.

Положительные корни

Правило гласит, что если ненулевые члены многочлена одной переменной с действительными коэффициентами упорядочены по убыванию степеней переменной, то число положительных корней многочлена либо равно числу смен знака между последовательными ненулевыми коэффициентами, либо меньше его на четное число. Корень кратности k учитывается как k корней. В частности, если число смен знака равно нулю или единице, число положительных корней равно числу смен знака.

Нереальные корни

Любой полином n-й степени имеет ровно n корней в комплексной плоскости, если учитывать их кратность. Таким образом, если f(x) – полином с действительными коэффициентами, не имеющий корня в 0 (то есть полином с ненулевым свободным членом), то минимальное число недействительных корней равно, где p обозначает максимальное число положительных корней, q – максимальное число отрицательных корней (оба из которых можно найти, используя правило знаков Декарта), а n – степень полинома.

Особый случай

Вычитание только кратных 2 из максимального числа положительных корней происходит из-за того, что у многочлена могут быть комплексные корни, которые всегда встречаются парами, поскольку правило применимо к многочленам с действительными коэффициентами. Таким образом, если известно, что многочлен имеет только действительные корни, это правило позволяет точно определить количество положительных и отрицательных корней. Поскольку кратность нуля как корня легко определить, в этом случае можно установить знак всех корней.

Обобщения

Если вещественный многочлен P имеет k вещественных положительных корней, считая их кратность, то для любого a > 0 в последовательности коэффициентов разложения в ряд Тейлора функции e^axP(x) содержится не менее k смен знака. При достаточно больших a количество таких смен знака равно ровно k. В 1970-х годах Аскольд Хованский разработал теорию немногих членов, обобщающую правило Декарта. Правило знаков можно интерпретировать как утверждение о том, что число вещественных корней многочлена зависит от его сложности, которая пропорциональна числу мономов, а не его степени. Хованский показал, что это справедливо не только для многочленов, но и для алгебраических комбинаций многих трансцендентных функций, так называемых функций Пфаффа.