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Raíces primitivas de la unidad

Estoy tratando de mostrar que,

Si $$f\left( x\right) =a_{0}+a_{1}x+\ldots +a_{k}x^{k}$$ $$\dfrac {1} {n}\left\{ f\left( x\right) +f\left( wx\right) +\ldots +f\left( w^{n-1}x\right) \right\} =a_{0}+a_{n}x^{n}+a_{2n}x^{2n}+\ldots +a_{\lambda n}x^{\lambda n}$$ $w$ being any root of $x^n=1$(except x= 1), and $\lambda n$ the greatest multiple of n contained in $k$. Show there is a similar formula for $a_{\mu }+a_{\mu +n}x^{n}+a_{\mu+2n}x^{2n}+\dots,$ where $0 < \mu < n$.

Ahora sé que la pregunta presenta un resultado en la primera instrucción y se supone que debo mostrar el resultado en la segunda afirmación, sino como un reto o para la diversión de ella tenía la esperanza de probar ambos, a Pesar de que hice n de que no se consiga mucho más.

Comenzando con el lado izquierdo de la primer resultado $$\dfrac {1} {n}\left\{ f\left( x\right) +f\left( wx\right) +\ldots +f\left( w^{n-1}x\right) \right\} $$ Pensé en sustituir los valores de esas funciones y, a continuación, la combinación de los términos $$\dfrac {1} {n}\left\{(a_{0}+a_{1}x+\ldots +a_{k}x^{k}) + (a_{0}+a_{1}wx+\ldots +a_{k}w^{k}x^{k} )+ \dots+ (a_{0}+a_{1}w^{n-1}x+\ldots +a_{k}w^{k(n-1)}x^{k}) \right\} $$

$$=\dfrac {1} {n}\{na_{0}+a_{1}x\left( 1+w +\ldots +w^{n-1}\right) +\dots+a_{k}x^{k}\left( 1+w^{k}+\ldots +w^{k(n-1)}\right) $$

Ahora sé que $\left( 1+w +\ldots +w^{n-1}\right) = 0$ y el de mi scratch trabajo prueba de que he altamente sospechoso que $\left( 1+w^{p}+\ldots +w^{p(n-1)}\right) =0 $ siempre que p no es divisible por n (p mod n > 0). Aunque cuando p es un múltiplo de n tenemos positiva, pero sin definir suma.

$$1^{p}+w^{p}+w^{2p}+\ldots +w^{p\left( n-1\right) } = \dfrac {1} {2}+\dfrac {\sin\left( 2p\pi -\dfrac {p\pi } {n}\right) +i\cos \dfrac {p\pi } {n} -i\cos \left( 2p\pi -\dfrac {p\pi } {n}\right) } {2\sin \dfrac {p\pi } {n}}$$ Por lo tanto nos queda esperar, pero ¿qué acerca de las múltiples n ? A donde voy mal aquí. También cualquier ayuda con la segunda parte de la pregunta sería muy apreciada.

5voto

riza Puntos 170

Ayuda a ir a la raíz de por qué la fórmula es verdadera, que es la siguiente ortogonalidad de la ley de$^\dagger$:

$$g(l):=\frac{1}{n}\sum_{j=0} \omega^{jl}=\begin{cases}1 & l\equiv0\bmod n \\ 0 & \rm otherwise. \end{cases} $$

Y aquí es donde entra en juego (interpretar $f$ como una serie infinita con un montón de $0$ coeficientes):

$$\frac{1}{n}\sum_{j=0}^{n-1} f(\omega^jx) =\frac{1}{n}\sum_{j=0}^{n-1}\sum_{l=0}^\infty a_l(\omega^jx)^l=\sum_{l=0}^\infty a_l x^l\frac{1}{n}\sum_{j=0}^{n-1}\omega^{jl}=\sum_{l=0}^\infty a_l g(l) x^l=\sum_{v=0}^\infty a_{nv}x^{nv}.$$

Ahora vamos a trabajar hacia atrás a partir de nuestra expresión dada:

$$\sum_{v=0}^\infty a_{\mu+nv}x^{\mu+nv}=\sum_{l=0}^\infty a_l g(l-\mu)x^l=\sum_{l=0}^\infty a_l x^l \frac{1}{n}\sum_{j=0}^{n-1}\omega^{j(l-\mu)}=\cdots$$

Tratar y trabajar desde allí por su cuenta, no mucho más. :-)

$$\cdots=\frac{1}{n}\sum_{j=0}^{n-1}\omega^{-j\mu} \sum_{l=0}^\infty a_l(\omega^j x)^l=\frac{1}{n}\sum_{j=0}^{n-1}\omega^{-j\mu} f(\omega^j x).$$

$^\dagger$Le gustaría saber por qué esto es cierto? Considere el hecho de que $\omega^j$ orden $n'=n/(j,n)$ y por lo tanto es una primitiva $n'$th raíz de la unidad. Por simetría, la suma de todas estas raíces de las unidades es cero considerar el hecho de que su valor no se modifica después de multiplicar por una falta de unidad $n'$th raíz - como $\omega\ne1$.

2voto

Sugerencia: Ambos lados de la ecuación son funciones lineales del polinomio $f$, por lo que es suficiente para manejar el caso, donde $f(x)$ es un monomio.

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