零点集
定义在域 k 上的函数
设是定义在域 k 上的函数, 我们把方程 f=0 在域 k 中的解称作f (在k中)的零点. 所有零点构成的集合称作零点集。
定义
设是定义在域k上的一组函数,那么方程组在域 k 中的公共解称作它们的公共零点。
所有公共零点构成的集合称作公共零点集。
代数定义
设f_1,...f_s是系数定义在域k上的一组多项式, 那么方程组f_1=...=f_s=0在域 k 中公共解称作它们的公共零点,
如果k是代数闭域, 那么上述方程组的公共零点集也称做(仿射)代数簇. 如果f_i都是齐次方程, 那么公共零点集也称射影代数簇代数几何就是要研究代数簇的几何结构与方程的代数结构(即理想)之间的深刻联系--这也是传统解析几何的推广和发展。
例子
1. 黎曼zeta函数(ζ-函数):ζ(s)=1/1^s+1/2^s+1/3^s+...1/n^s+...解析延拓到整个复平面上有很多零点, 其中一些容易求出,称作平凡零点;其余的零点称作非平凡零点。 黎曼猜测非平凡零点都落在实部为1/2的直线上--即著名的黎曼假设(也称黎曼猜想)。
2. 单变量多项式f(x)=a_nx^n+...a_1x+a_0(这里a_i是复数)对应的方程f(x)=0的零点就是我们常说的方程的根(在复数域上)。
高斯代数学基本定理: n次多项式方程的零点恰好有n个(允许重根)。
阿贝尔定理: 5次及5次以上的多项式方程的零点不存在一般的求根公式。
伽罗华理论: 多项式方程有求根公式当且仅当它的伽罗华群是可解的。
3. 初等数论的不定方程f(x,y)=0, 这里f是定义在有理数域Q上的二元多项式。 通常要求它的有理数解(这样的零点称作有理点)或整数解(称作整点格点)或者剩余类解(即有限域上的零点)。比如
佩尔方程: x^2-dy^2=1, 求整数解(x,y)
勾股方程: X^2+Y^2=Z^2 求整数解(X,Y,Z) (这也等价于求单位圆x^2+y^2=1上的有理数解)
二次剩余(也称平方剩余): x^2-py=q求整数解(x,y) (等价于求剩余类方程x^2≡q(mod p)的剩余类解)。此方程有解的判定涉及著名的高斯二次互反律
费马方程: X^n+Y^n=Z^n (n>2)求整数解(X,Y,Z), 要求XYZ≠0 . 费马曾猜测该不定方程无解--即著名的费马大定理, 由外尔斯与1994年获证--其中用到了椭圆曲线的性质。
零点集性质
1. (全纯函数零点定理)单变量复全纯函数的零点集是离散的。 换言之, 如果全纯函数的一组零点收敛于定义域中的某个点, 那么该函数恒为0.
该定理的等价描述就是所谓的全纯函数刚性定理: 两个全纯函数如果在一组收敛点列上取值相同,那么它们必定处处相等。 刚性定理是复变函数中的解析延拓定理的基础。
2. 儒歇定理: 假设两个全纯函数在边界上恒有|f|<|g|, 那么在该边界所围的区域内g和g+f的零点个数相同(允许重根)
3. 辐角原理: 全纯函数f(z)当z绕边界旋转一周时像点f(z)所绕的圈数等于零点个数减去极点个数(允许重根)
4. 希尔伯特零点定理: 代数闭域k上的多项式方程组f_1=...=f_s=0无公共零点(即零点集为空集)当且仅当存在多项式a_1,...,a_s使得a_1f_1+...+a_sf_s=1.
零点集与理想
这里考虑多项式方程组f_1=...=f_s=0。
我们把所有如下形式的多项式构成的集合称作由f_1,...f_s生成的理想, 记作I=〈f_1,...f_s〉:
a_1f_1+...+a_sf_s, 这里a_i是任何多项式.
显然理想中的任何多项式元素都在公共零点集上取值为零。换言之, 我们在原方程组中添入理想中的若干多项式方程,并不影响方程的零点集。
无限个方程组 f_1=...=f_s=...=0也可以类似定义理想I=〈f_1,...f_s,...〉
希尔伯特基定理: 上述理想一定是有限生成的, 也就是说我们可以挑出有限个元素,f_{i1}, f_{i2},...f_{ik}使得
〈 f_{i1},...,f_{ik} 〉 =〈f_1,...f_s,...〉
这就是说无限方程组的求解总是可以化成有限个方程组的求解。
参考资料
最新修订时间:2023-10-16 21:58
目录
概述
定义
代数定义
例子
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