艾森斯坦因判別法

艾森斯坦因判別法

艾森斯坦判別法是代數的定理,給出了判定整係數多項式不能分解為整係數多項式乘積的充分條件。由高斯定理,這種好用的判別法也是多項式在有理數域不可約的充分條件。

基本信息

定理定義

艾森斯坦判別法艾森斯坦
艾森斯坦判別法是代數的定理,給出了判定整係數多項式不能分解為整係數多項式乘積的充分條件。由高斯定理,這判別法也是多項式在有理數域不可約的充分條件。

艾森斯坦判別法是說:給出下面的整係數多項式

如果存在素數p,p不整除an,但整除其他ai,(i=0,1,...,n-1);

p²不整除a0,

那么f(x)在有理數域上是不可約的。

套用例子

給了多項式g(x)=3x4+15x²+10,試確定它能否分解為有理係數多項式之積。

試用艾森斯坦判別法。素數2和3都不適合,考慮素數p=5。5整除x的係數15和常數項10,但不整除首項3。而且52=25不整除10。所以g(x)在有理數域不可約。

有時候不能直接用判別法,或者可以代入y=x+a後再使用。

例如考慮h(x)=x2+x+2。這多項式不能直接用判別法,因為沒有素數整除x的係數1。但把h(x)代入為h(x+3)=x2+7x+14,可立刻看出素數7整除x的係數和常數項,但72=49不整除常數項。所以有時通過代入便可以用到判別法。

艾森斯坦判別法得出的一個著名結果如下:

對素數p,以下多項式在有理數域不可約。

要使用艾森斯坦判別法,先作代換x=y+1。新的常數項是p,除首項是1外,其他項的係數是二項式係數,k大於0,所以可以被p除盡。

初等證明

對多項式f(x)取模p,也就是把它的係數映射到域上。這樣它便化為,其中c為非零常數。因為在域上的多項式有唯一分解,f在模p上會分解為單項式。

如果f是在有理數上可約的,那么會有多項式g,h使得f=gh。從上可知g和h取模p分別為和,滿足c=de。因為g和h模p的常數項為零,這表示g和h的常數項均可被p整除,所以f的常數項a0可以被p2整除,與f係數的假設矛盾。因此得證。

解釋

依據牛頓圖的理論在其p進制數域,我們考慮一系列點的下凸集。

(0,1),(1,v1),(2,v2),...,(n−1,vn-1),(n,0),其中vi是ai關於p的最高次冪。對於一個艾森斯坦多項式,對0 <i<n,vi至少為1,v0=1vn=0,固而它的牛頓圖即點列的下凸集應當是一條從(0,1)to(n,0)的線段,其斜率為-1\n。

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