代數基本定理 歐拉線的證明


高斯的博士論文解決的問題

代數基本定理 歐拉線的證明

文章插圖
高斯在他的博士論文中證明了如下的命題,使之升級為了定理:一個帶有復數系數的n次代數方程g(x)=0,其中n為正整數:
代數基本定理 歐拉線的證明

文章插圖
至少有一個復數解 。(在這里我們把實數看成虛部為零的復數)
人們稱上述高斯的結論為代數基本定理 。
上述定理在歐拉的有生之年都未得到證明,但是歐拉直接將其應用到了無窮級數的研究當中 。
代數基本定理 歐拉線的證明

文章插圖
應用上述定理可證明如下命題:
多項式g(x):
代數基本定理 歐拉線的證明

文章插圖
可以恰好分解為n個一次因式的乘積:
代數基本定理 歐拉線的證明

文章插圖
【代數基本定理 歐拉線的證明】
其中b1,b2...bn是g(x)=0的所有的根 。
我們可以應用高斯論文中的結論證明這個命題!
證明讓我們考慮如下的多項式:
代數基本定理 歐拉線的證明

文章插圖
我們發現當給這個多項式乘以一個因子x-a時,我們有:
代數基本定理 歐拉線的證明

文章插圖
這樣我們得到了一般的結論:
代數基本定理 歐拉線的證明

文章插圖
根據上述公式我們可以知道:
代數基本定理 歐拉線的證明

文章插圖
下面我們觀察一個多項式g(x)如下圖所示:
代數基本定理 歐拉線的證明

文章插圖
由高斯論文中的結論可知,g(x)=0必有一個復數根我們記為b,那么我們觀察如下推導,我們得到了之前我們探究過的因式分解的形式:
代數基本定理 歐拉線的證明

文章插圖
因為g(b)=0我們可知:g(x)-g(b)=g(x),我們可以提出一個因子x-b得到如下關系:
代數基本定理 歐拉線的證明

文章插圖
我們對h(x)也進行g(x)的操作,我們可以不斷這樣操作,不斷地提取因子,將g(x)寫成如下形式:
代數基本定理 歐拉線的證明

文章插圖
此時我們還不知道這些b1,b2...bn 是不是g(x)=0的所有的根,我們假設不是這樣的,還有另一個根c,我們得到了如下復數乘積的形式,由于c是g(x)的根,所以g(c)=0:
代數基本定理 歐拉線的證明

文章插圖
如果若干復數相乘乘積為零,必須至少有一個復數為零,因此可知c是b1,b2...bn 中的一個,所以我們證明了b1,b2...bn是g(x)=0的所有的根 。
因此我們根據高斯博士論文中的結論證明了多項式g(x)可以恰好分解為n個一次因式的乘積 。

    推薦閱讀