25 votos

Expresar una raíz de un polinomio como una función racional de otra raíz

¿Hay una forma fácil de saber cuántas raíces $f(x)$ tiene en $ \Bbb {Q}[x]/(f)$ dados los coeficientes del polinomio $f$ en $ \Bbb {Q}[x]$ ?

¿Hay una forma fácil de encontrar las raíces como expresiones racionales en $x$ ?

El ejemplo más fácil es un cuadrático puro: $X^2 + 7$ por ejemplo. Si $A$ es una raíz, entonces también lo es $−A$ . Buen aceite. $ \pm\sqrt {−7}$ .

Si el grupo Galois es abeliano (como para cualquier cuadrante), entonces todas las raíces pueden expresarse como polinomios en una raíz determinada. Sin embargo, no estoy seguro de cómo decir mirando el polinomio si su grupo Galois es abeliano, e incluso si lo es, no estoy seguro de cómo encontrar esas expresiones racionales para las otras raíces.

Podría ser útil ver algunos ejemplos no belgas (no Galois):

Si $A$ es una raíz de $X^6 + 2X^4 − 8$ Entonces $−A$ es también una raíz, pero su otra $4$ las raíces no pueden expresarse como funciones racionales de $A$ (asumiendo que todavía entiendo la teoría de Galois).

¿Hay alguna manera fácil (sin pedirle a un CAS que calcule el grupo Galois) de ver el otro $4$ raíces de $X^6 + 2X^4 − 8$ no puede expresarse como funciones racionales de $A$ ?

Este tenía la agradable característica de que era una función de $X^2$ así que fue fácil encontrar dos raíces. Para $X^6 − 2X^5 + 3X^3 − 2X − 1$ Todavía no he encontrado su otra raíz (incluso usando un CAS).

Si $A$ es una raíz de $X^6 − 2X^5 + 3X^3 − 2X − 1$ entonces lo que es una expresión racional en $A$ para otra raíz?


Todo esto surgió primero con el polinomio $x^4−4x^2+2$ donde varios argumentos ad hoc distintos eran suficientes, pero no sabía cómo saber si valía la pena probar mis argumentos ad hoc en otros polinomios. Si ayuda, las raíces son $A$ , $−A$ , $A^3−3A$ y $3A−A^3$ .

El contexto es el cálculo a mano y grados razonables (digamos $ \leq 10$ ), aunque no me opongo a tener un oráculo de evaluación polinómica que calcule $f(g(x)) \mod f(x)$ en $1$ segundo (así que "probar esta lista finita y no muy grande de posibles raíces" está bien).


Si a alguien le interesa, tengo curiosidad por saber qué significa en realidad el normalizador de un estabilizador de punto del grupo Galois en términos de la teoría de Galois. El índice del estabilizador de punto en su normalizador es el número de raíces de $f$ en $ \Bbb {Q}[x]/(f)$ pero no estoy seguro de si realmente significa algo útil.

7voto

Jonik Puntos 7937

No he encontrado una forma estelar de hacer esto a mano, pero ahora es fácil de hacer con Pari/GP. La idea básica es que sólo tienes que factorizar f sobre Q[x]/(f).

A menudo esto es fácil de hacer: encontrar alguna p prima en Q tal que {x,x^p,x^(p^2), } tenga exactamente residuos deg(f) distintos mod (f,p). Escoge p más grande que el doble del coeficiente más grande de los de la respuesta (desconocida). Reemplaza un mod p por el entero del valor absoluto más pequeño congruente con un mod p para cada uno de los coeficientes de x^(p^i) mod (f,p). Comprueba que la fórmula funciona. Tuve que tomar p=31 en el caso particular del 6º grado, así que esto no es exactamente genial para los exámenes a mano.

Hay versiones más refinadas de factorización que utilizan el levantamiento de Hensel o la combinación de varios primos, lo que permite utilizar primos más pequeños (y que funcionen en general). Los detalles de uno (o dos) algoritmos se encuentran en la sección 3.6.2 del libro de texto de Henri Cohen para un Curso de Teoría Algebraica de los Números Computacionales, y algunos otros están también en el código fuente de Pari/GP (con referencias).

5voto

Matt Dawdy Puntos 5479

Si $f$ tiene el grupo abeliano Galois y puedes encontrar una incrustación explícita de su campo de división en $ \mathbb {Q}( \zeta_n )$ obtienes un mapa de cociente $( \mathbb {Z}/n \mathbb {Z})^{ \ast } \to \text {Gal}(f)$ lo que hace que la acción del grupo Galois sea bastante explícita. Aplicando elementos de $( \mathbb {Z}/n \mathbb {Z})^{ \ast }$ a una raíz $a$ de $f$ en $ \mathbb {Q}( \zeta_n )$ le da algunas expresiones explícitas en $ \mathbb {Q}( \zeta_n )$ que luego puedes tratar de expresar como polinomios en $a$ . No sé cuán fácil será hacerlo, pero en ciertos casos es bastante explícito: por ejemplo si $f$ es el polinomio mínimo de $2 \cos \frac {2 \pi }{n}$ te dan polinomios de Chebyshev.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X