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.
In mathematics, Descartes' rule of signs, first described by René Descartes in his work La Géométrie, is a technique for getting information on the number of positive real roots of a polynomial. It asserts that the number of positive roots is at most the number of sign changes in the sequence of polynomial's coefficients (omitting the zero coefficients), and that the difference between these two numbers is always even. This implies, in particular, that if the number of sign changes is zero or one, then there are exactly zero or one positive roots, respectively. By a linear fractional transformation of the variable, one may use Descartes' rule of signs for getting a similar information on the number of roots in any interval. This is the basic idea of Budan's theorem and Budan–Fourier theorem. By repeating the division of an interval into two intervals, one gets eventually a list of disjoint intervals containing together all real roots of the polynomial, and containing each exactly one real root. Descartes rule of signs and linear fractional transformations of the variable are, nowadays, the basis of the fastest algorithms for computer computation of real roots of polynomials (see real root isolation). Descartes himself used the transformation x → −x for using his rule for getting information of the number of negative roots.
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.
where p denotes the maximum number of positive roots, q denotes the maximum number of negative roots (both of which can be found using Descartes' rule of signs), and n denotes the degree of the equation.
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.