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Fattorizzazione dei polinomi reali

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Matematico al lavoro sulla fattorizzazione di polinomi reali in un'aula storica.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Una diretta conseguenza del teorema fondamentale dell'algebra La proprietà di qualsiasi polinomio non costante con coefficienti reali è quella di scomporre un prodotto di fattori lineari e fattori quadratici irriducibili, tutti con coefficienti reali. I fattori lineari corrispondono alle radici reali, mentre i fattori quadratici irriducibili corrispondono a coppie di radici complesse coniugate [latex]a pm bi[/latex].

Questo corollario colma il divario tra il mondo astratto delle radici complesse e le applicazioni pratiche che coinvolgono i numeri reali. Il teorema fondamentale garantisce che un polinomio reale [latex]p(x)[/latex] di grado [latex]n[/latex] ha [latex]n[/latex] radici complesse. Una proprietà aggiuntiva fondamentale è che se un polinomio ha solo coefficienti reali, le sue radici non reali devono presentarsi in coppie coniugate. Ovvero, se [latex]z = a + bi[/latex] è una radice, allora anche il suo coniugato [latex]bar{z} = a – bi[/latex] deve essere una radice. Ciò può essere dimostrato osservando che [latex]p(bar{z}) = overline{p(z)}[/latex] per un polinomio reale; se [latex]p(z)=0[/latex], allora [latex]overline{p(z)}=0[/latex], quindi [latex]p(bar{z})=0[/latex].

Ogni coppia di radici coniugate [latex](z, bar{z})[/latex] può essere combinata per formare un fattore quadratico reale: [latex](x – z)(x – bar{z}) = (x – (a+bi))(x – (a-bi)) = x^2 – 2ax + (a^2+b^2)[/latex]. Questo quadratico ha coefficienti reali ed è irriducibile sui numeri reali perché il suo discriminante è negativo ([latex](-2a)^2 – 4(a^2+b^2) = -4b^2 < 0[/latex] per [latex]b neq 0[/latex]). Raggruppando tutte le radici reali in fattori lineari [latex](xr)[/latex] e tutte le coppie coniugate in fattori quadratici irriducibili, qualsiasi polinomio reale può essere completamente fattorizzato utilizzando solo coefficienti reali. Questo risultato è estremamente pratico, soprattutto nel calcolo integrale per la decomposizione di funzioni razionali.

UNESCO Nomenclature: 1101
- Algebra

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Sostanziale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • il teorema fondamentale dell'algebra
  • il teorema della radice complessa coniugata
  • Le formule di Viète che mettono in relazione radici e coefficienti
  • metodi per la divisione polinomiale

Applicazioni

  • calcolo (scomposizione in frazioni parziali per l'integrazione di funzioni razionali)
  • equazioni differenziali (ricerca di soluzioni per equazioni lineari omogenee con coefficienti costanti)
  • teoria del controllo (analisi dei poli e degli zeri del sistema)
  • elaborazione del segnale (progettazione di filtri)

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Argomenti correlati: polinomi reali, fattorizzazione, radici complesse coniugate, equazioni quadratiche irriducibili, frazioni parziali, calcolo infinitesimale, fattori lineari, coefficienti reali, corollario, equazioni differenziali.

Contesto storico

Fattorizzazione dei polinomi reali

-550
1750
1790
1800
1844
1874
1893
-450
1585
1779
1799
1801
1850
1875
1897

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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