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Representación de la función $\mathbb Z_9\to\mathbb Z_9$, $f(0) = 1$, $f(1) = \ldots = f(8) = 0$ como un polinomio en $\mathbb Z_9[x]$

Deje $\mathbb Z_9=\left\{0,1,2,3,4,5,6,7,8\right\}$ el conjunto de los enteros módulo 9 y $f:\mathbb Z_9 \rightarrow \mathbb Z_9$ ser una función.

Asumir $f(0)=1$, $f(1)=f(2)=...=f(8)=0$. ¿Cuál es la definición de $f(x)$? Es decir, podemos encontrar un polinomio con una variable de satisfacción de estas propiedades?

En realidad, sería mejor si hay un método general para encontrar polinomios cuyos valores son determinados como este. Para $\mathbb Z_2$, existe un método llamado mariposa algoritmo. El uso de este, uno puede encontrar el algebraico forma normal de una función utilizando los valores (de la tabla de verdad de la función).

Gracias.

6voto

azimut Puntos 13457

No hay tal polinomio $q$.

Nos muestran esta contradicción. Suponga que $q = a_k x^k + \ldots + a_0 x^0\in\mathbb Z_9[x]$ es un polinomio con $q(0) = 1$ $q(x) = 0$ lo contrario.

Desde $0^2 = 3^2 = 6^2 = 0$$\mathbb Z_9$, obtenemos $$-1 = f(3) - f(0) = (a_k 3^k + a_{k-1} 3^{k-1} + \ldots + a_1 3 + a_0) - (a_k 0^k + a_{k-1} 0^{k-1} + \ldots + a_1 0 + a_0) = 3 a_1.$$ Pero en $\mathbb Z_9$, $-1$ no es un múltiplo de a $3$, por lo que es una contradicción.

Conclusión: En contraste a $\mathbb Z_2$, no todas las funciones $\mathbb Z_9\to \mathbb Z_9$ puede ser representado como un polinomio.

4voto

HappyEngineer Puntos 111

No puede haber tal polinomio. En general, si $R$ es un anillo conmutativo, y $p(x)\in R[x]$, entonces para cualquier $a,b,c\in R$, de tal manera que $ac=bc$, podemos mostrar a $p(a)c=p(b)c$.

Ahora, tome $a=0,b=3,c=3$$R=\mathbb Z_9$.

Usted puede resolver el problema general en $\mathbb Z_m$ si $m=p$ es primo. En ese caso, usted puede pensar en la solución como un caso de Teorema del Resto Chino en $\mathbb Z_p[x]$, ya que queremos que un polinomio, $q(x)$ tal que $q(x)\equiv f(a) \pmod{x-a}$.

Si $m$ es cuadrado-libre o el doble de un cuadrado libre de número, en mi condición anterior es suficiente. (Esencialmente, el caso de $m=4$ es un caso especial.)

Por desgracia, la condición anterior no es suficiente, de lo contrario.

Escribir $q(x)=\sum_{i=0}^n a_i(x)_i$ donde $$(x)_i=x(x-1)\dots(x-(i-1))$$ is the $i$th caer factorial polinomio.

Entonces si $m=8$,$(b)_i=0$$b\in\mathbb Z_8$$i\geq 4$. Así podemos limitarnos a polinomios cúbicos $q$.

Ahora intenta encontrar un polinomio cúbico $q$ tal que $q(0)=4$$q(a)=0$$a\neq 0$. No creo que se puede hacer.

Si $p>2$, a continuación, considere el polinomio $q(x)=\frac{(x)_{2p}}{p}$. Este polinomio (con coeficientes racionales) mapas de $\mathbb Z\to \mathbb Z$, y tiene la propiedad de que para todo $a,b\in\mathbb Z$, $a-b|q(a)-q(b)$. Esto significa, en particular, que podemos ver esto como la definición de una función que mapea $\hat q:\mathbb Z_{p^2}\to\mathbb Z_{p^2}$ y podemos mostrar a $\hat q$ corresponde a mi condición necesaria.

Sin embargo, es imposible encontrar un polinomio en $\mathbb Z_{p^2}[x]$, lo que se evalúa como $\hat q$. Esto es porque si $h$ es un polinomio, tenemos que $h(p+a)=h(a)=0$$a=0,1,2,\dots,p-1$. Pero $h(a+p)\equiv h(a)+ph'(a)\pmod{p^2}$. Esto significa que $h'(a)\equiv 0\pmod p$$a=0,\dots,p-1$, y por lo tanto para todos los $a$. Pero que a su vez significa que $h(a+p)\equiv h(a)\pmod {p^2}$ todos los $a$, lo que significaría que $\hat q$ es la función cero. Ya sabemos que no es (que es donde $p>2$ es necesario) hemos terminado.

4voto

El (+1) responder por Azimut identificado un obstáculo fundamental: $p(0)\equiv p(3)\pmod3$ para todos los polinomios $p$ (y otros similares congruencias). Si mal no recuerdo en un papel por Carlitz una condición necesaria y suficiente es derivado (para un módulo general, no sólo a $9$). Doy un recuento de argumento como una prueba de que no todas las funciones de $R=\mathbb{Z}_9$ a de sí mismo puede ser descrito como una función polinómica con coeficientes enteros (los coeficientes, obviamente, puede ser reducido módulo 9).

Considere el polinomio $$ p(x)=x(x-1)(x-2)(x-3)(x-4)(x-5). $$ Si $x$ es un número entero $\ge6$, entonces podemos ver que $$ p(x)=6!{x\elegir 6} $$ es divisible por $6!=9\cdot80$, y por lo tanto desaparece el modulo $9$. Como también, evidentemente, $p(x+9)\equiv p(x)\pmod9$ para todos los enteros $x$, podemos concluir que cualquier polinomio de varios de $p(x)$ los rendimientos de la función constante $0:R\to R$. Lo mismo vale para el polinomio $q(x)=3x(x-1)(x-2)$.

Resultado descubierto independientemente por Singmaster en la década de 1960 y Niven & Warren en la década de 1950 (y probablemente por otros anteriores) implica que los polinomios $p(x),q(x)$ generar el ideal $I\subset R[x]$ de los polinomios de rendimiento de la función constante cero. Vemos que cada polinomio en $R[x]$ es congruente modulo $I$ a exactamente un polinomio de la forma $$ a_0+a_1x+a_2x^2+a_3x^3+a_4x^4 +a_5x^5, $$ donde $a_0,a_1,a_2$ son arbitrarias elementos de $R$, e $a_3,a_4,a_5$ son arbitrarias elementos de las $\{0,1,2\}\subset R$. Por lo que podemos concluir que no sólo se $9^3\cdot 3^3$ distintas funciones polinómicas de $R$ a sí mismo. Esta es, obviamente, demasiado pequeño un número para cubrir a todos.

3voto

larryb82 Puntos 158

Si $f(X)\in \mathbb{Z}_9[X]$$f(6)=0$, $f(X)=(X-6)g(X)$ algunos $g(X)$ $f(0)=3g(0)\neq 1.$

2voto

larryb82 Puntos 158

Pece intento trae a la mente algunas preguntas interesantes acerca de en qué medida podemos extender el teorema de la raíz. Recordar:

1) Vamos a $R$ ser cualquier anillo conmutativo, $a\in R$ $f(X)\in R[X].$ $(X-a)\a mediados de f(x)$ in $R[X]$ if and only if $f(a)=0.$

2) Deje $R$ integrante de dominio y $f(X)\in R[X].$ Supongamos $f$ ha distintas raíces $a_1, \cdots, a_n \in R.$ $(X-a_1)\cdots (X-a_n) \mid f(x)$ in $R[X].$

Vamos a examinar la prueba de 2) para ver donde el dominio de la condición se utiliza:

Nos introducirá en $n.$ $n=1$ de los casos es una aplicación directa de 1). Supongamos $n>1$, y que 2) es verdadera para al $n-1$ de los casos. Desde que podemos deducir que existe una $g(X)\in R[X]$ tal que

$$f(x) = (X-a_1)\cdots (X-a_{n-1}) g(X).$$ Using that $a_n$ is a root of $f$ we have $$(a_n-a_1)\cdots (a_n - a_{n-1}) g(a_n)=0.$$

Nos gustaría ser capaces de deducir de esto que el $g(a_n)=0$ y luego por 1) nos volveríamos a hacer. Aquí es donde el dominio de la condición se utiliza: El $a_i$ son distintos por lo que ninguno de los $(a_n-a_i)$ términos se $0$, por lo que desde $R$ es una parte integral de dominio, $g(a_n)=0.$

Por lo que podemos obtener el resultado en general de un anillo conmutativo $R$ $n=2$ si podemos asegurar que los $a_2-a_1$ no es un divisor de cero. Si es así, entonces podemos obtener la $n=3$ caso si podemos asegurar que los $(a_3-a_1)(a_3-a_2)$ no es un divisor de cero. Y si es así, entonces podemos obtener la $n=4$ si si ... etc.

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