0
大学数学基礎解説
文献あり

x^n+px+q の判別式

114
0
$$\newcommand{cl}[0]{\operatorname{Cl}} \newcommand{diam}[1]{\mathrm{diam}\left({#1}\right)} \newcommand{dist}[2]{\mathrm{dist}\left({#1},{#2}\right)} \newcommand{gen}[1]{\qty\langle#1\rangle} \newcommand{I}[0]{\mathrm{Int}} \newcommand{id}[0]{\mathrm{id}} \newcommand{incl}[2]{\mathrm{id}_{#1}^{#2}} \newcommand{Int}[0]{\operatorname{Int}} \newcommand{Ker}[0]{\operatorname{Ker}} \newcommand{supp}[1]{\mathrm{supp}(#1)} \newcommand{transpose}[0]{\mathsf{T}} $$
satake p. 66, 例 1.)

$m$次正方行列$A_{11},A_{12},A_{21},A_{22}$について,$A_{11}$が可逆ならば,
$$ \det_{2m} \begin{bmatrix} A_{11} & A_{12} \\ A_{21} & A_{22} \end{bmatrix} = \det_{m} A_{11} \cdot \det_{m}(A_{22}-A_{21}A_{11}^{-1}A_{12})$$
が成り立つ.

仮定より
$$ \begin{bmatrix} A_{11} & A_{12} \\ A_{21} & A_{22} \end{bmatrix} \begin{bmatrix} E_{m} & -A_{11}^{-1}A_{12} \\ O_{m} & E_{m} \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} A_{11} & O_{m} \\ A_{21} & A_{22} - A_{21}A_{11}^{-1}A_{12} \end{bmatrix}$$
が成り立つので,両辺のディターミナントを取ることで結論を得る.

satake p. 74, 問 1.)

多項式$f \coloneqq x^{n} + px + q$の判別式$D(f)$について
$$ D(f) = (-1)^{\frac{n(n-1)}{2}}((-1)^{n-1}(n-1)^{n-1}p^{n} +n^{n}q^{n-1})$$
が成り立つ.

$f$$f' = nx^{n-1} + p$との終結式$R(f,f')$を計算すると,
\begin{align} R(f,f') &= \det_{2n-1}\begin{bmatrix} 1 & 0 & \cdots & 0 & p & q &&& \\ & \ddots &&&&& \ddots && \\ && \ddots &&&&& \ddots & \\ &&& 1 & 0 & \cdots & 0 & p & q \\ n & 0 & \cdots & 0 & p &&&& \\ & \ddots &&&& \ddots &&& \\ && \ddots &&&& \ddots && \\ &&& n & 0 & \cdots & 0 & p & \\ &&&& n & 0 & \cdots & 0 & p \end{bmatrix}\\ &= (-1)^{(2n-1)+n}n \cdot \det_{2n-2}\begin{bmatrix} 1 &&&& q &&& \\ & 1 &&& p & q && \\ && \ddots && & \ddots & \ddots & \\ &&& 1 & && p & q \\ n &&&& 0 &&& \\ & n &&& p & 0 && \\ && \ddots && & \ddots & \ddots & \\ &&& n & && p & 0 \\ \end{bmatrix} + (-1)^{(2n-1)+(2n-1)}p \cdot \det_{2n-2}\begin{bmatrix} 1 &&&& p & q && \\ & \ddots &&& & \ddots & \ddots & \\ && 1 && && p & q \\ &&& 1 & &&& p \\ n &&&& p &&& \\ & \ddots &&& & \ddots && \\ && n && && p & \\ &&& n & &&& p \\ \end{bmatrix} \\ &= (-1)^{n-1}n \cdot \det_{n-1} \begin{bmatrix} -nq && \\ \ast & \ddots & \\ & \ast & -nq \end{bmatrix} + p \cdot \det_{n-1} \begin{bmatrix} (1-n)p & \ast & \\ & \ddots & \ast \\ && (1-n)p \end{bmatrix}\\ &= (-1)^{n-1}n(-nq)^{n-1} + p ((1-n)p)^{n-1} \\ &= n^{n}q^{n-1} + (-1)^{n-1}(n-1)^{n-1}p^{n} \end{align}
となる(3つめの等号のところでblockを用いた).よって
$$ D(f) = (-1)^{\frac{n(n-1)}{2}}R(f,f') = (-1)^{\frac{n(n-1)}{2}}((-1)^{n-1}(n-1)^{n-1}p^{n} +n^{n}q^{n-1})$$
を得る(cf. satakep.74, 系).

  1. $D(x^{2} +px+q) = -(-p^{2} + 4q) = p^{2}-4q$.
  2. $D(x^{3} +px+q) = -(4p^{3}+27q^{2}) = -4p^{3} - 27q^{2}$.
  3. $D(x^{4} +px+q) = -27p^{4} + 256q^{3}$.
  4. $D(x^{5} +px+q) = 256p^{5} + 3125q^{4}$.

参考文献

[1]
佐武一郎, 『線型代数学』, 裳華房
投稿日:824
OptHub AI Competition

この記事を高評価した人

高評価したユーザはいません

この記事に送られたバッジ

バッジはありません。

投稿者

うすい
89
19935
学んだことをまとめています.

コメント

他の人のコメント

コメントはありません。
読み込み中...
読み込み中