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Théorème fondamental de l'algèbre

1799
  • Carl Friedrich Gauss
  • Jean le Rond d’Alembert
Salle d'étude historique où des mathématiciens discutent du théorème fondamental de l'algèbre.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Le théorème fondamental de l'algèbre stipule que tout polynôme à une variable non constant avec des coefficients complexes possède au moins une racine complexe. Cela garantit que le champ des nombres complexes est algébriquement clos, ce qui signifie que les équations polynomiales qui ne peuvent être résolues en nombres réels peuvent être résolues en nombres complexes. Pour un polynôme [latex]p(z) = a_n z^n + \dots + a_1 z + a_0[/latex], il existe un [latex]z_0 dans \mathbb{C}[/latex] tel que [latex]p(z_0) = 0[/latex].

The theorem is a cornerstone of algebra, asserting the completeness of the complex number system for polynomial equations. While its statement is straightforward, its proof is not purely algebraic and typically requires concepts from analysis or topology. The theorem implies that any polynomial of degree [latex]n[/latex] can be factored into [latex]n[/latex] linear factors over the complex numbers: [latex]p(z) = a_n(z-z_1)(z-z_2)\cdots(z-z_n)[/latex], where [latex]z_1, \dots, z_n[/latex] are the complex roots. This factorization is unique up to the ordering of the roots.

Historiquement, le besoin d'un tel théorème est né de l'étude des équations polynomiales. Au XVIe siècle, des mathématiciens italiens comme Cardano et Tartaglia trouvèrent des solutions à des équations du troisième et du quatrième degré, solutions qui impliquaient parfois des racines carrées de nombres négatifs, suggérant ainsi la nécessité des nombres complexes. Cependant, l'énoncé formel et les tentatives de démonstration furent plus tardifs. D'Alembert fit une tentative significative en 1746, mais sa démonstration comportait une lacune. Carl Friedrich Gauss est reconnu pour avoir fourni la première démonstration rigoureuse dans sa thèse de doctorat de 1799, bien que celle-ci présentât également quelques lacunes topologiques selon les critères modernes. Il produisit par la suite plusieurs autres démonstrations distinctes.

UNESCO Nomenclature: 1101
- Algèbre

Taper

Système abstrait

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • découverte des solutions des équations cubiques et quartiques (Cardano, Tartaglia)
  • introduction et formalisation des nombres complexes (Bombelli, Euler)
  • La règle des signes de Descartes pour borner le nombre de racines réelles
  • premiers travaux sur la relation entre les coefficients et les racines (formules de Viète)

Applications

  • théorie du contrôle (analyse de stabilité des systèmes linéaires)
  • traitement du signal (analyse par transformée en z)
  • mécanique quantique (résolution des équations caractéristiques pour les valeurs propres de l'énergie)
  • génie électrique (analyse de circuits à l'aide de phaseurs)

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

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Lié à : théorème fondamental de l'algèbre, nombres complexes, racines polynomiales, corps algébriquement clos, Gauss, d'Alembert, analyse complexe, factorisation polynomiale, racines de l'unité, polynôme à une variable.

Contexte historique

Théorème fondamental de l'algèbre

-450
1585
1779
1799
1801
1850
1875
-300
-550
1750
1790
1800
1844
1874
1893

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

Inventions, innovations et principes techniques connexes

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