Teorema fondamentale dell'aritmetica

Un numero reale è razionale se e solo se la sua rappresentazione decimale è periodica. Ciò significa che la sequenza di cifre alla fine ripete indefinitamente una sequenza finita di cifre. Questa parte ripetitiva è chiamata ripetizione. Ad esempio, [latex]1/3 = 0,333...[/latex] (il ripetente è '3') e [latex]3/7 = 0,428571428571...[/latex] (il ripetente è '428571'). I decimali finiti sono un caso speciale in cui il ripetente è '0'.

Il teorema di Bézout è un enunciato fondamentale della teoria delle intersezioni. Esso afferma che il numero di punti di intersezione di due curve algebriche piane di grado [latex]m[/latex] e [latex]n[/latex] è esattamente [latex]mn[/latex], a condizione che si lavori in un piano proiettivo su un campo algebricamente chiuso, si contino i punti con molteplicità e si includano i punti all'infinito in cui si incontrano gli asintoti paralleli.

Il teorema fondamentale dell'algebra afferma che ogni polinomio a una variabile non costante con coefficienti complessi ha almeno una radice complessa. Ciò garantisce che il campo dei numeri complessi sia algebricamente chiuso, il che significa che le equazioni polinomiali che non possono essere risolte in numeri reali possono essere risolte in numeri complessi. Per un polinomio [latex]p(z) = a_n z^n + \dots + a_1 z + a_0[/latex], esiste un [latex]z_0 in \mathbb{C}[/latex] tale che [latex]p(z_0) = 0[/latex].

La rappresentazione canonica, o forma standard, di un numero intero positivo [latex]n[/latex] è la sua fattorizzazione primaria unica scritta come prodotto di potenze primarie con i numeri primi in ordine crescente. Per qualsiasi numero intero [latex]n > 1[/latex], può essere scritto come [latex]n = p_1^{a_1} p_2^{a_2} \cdots p_k^{a_k}[/latex], dove [latex]p_1 < p_2 < \cdots < p_k[/latex] sono numeri primi e gli esponenti [latex]a_i[/latex] sono numeri interi positivi.

Un teorema fondamentale di esistenza e unicità per equazioni differenziali parziali associate a problemi di Cauchy ai valori iniziali. Afferma che se l'equazione differenziale alle derivate parziali e le condizioni iniziali sono "analitiche" (rappresentabili da serie di potenze convergenti), allora esiste un'unica soluzione analitica in un intorno della superficie iniziale. Fornisce una garanzia di esistenza locale, ma non affronta il comportamento globale o la buona posizione.

Per un numero primo [latex]p[/latex], i numeri p-adici formano un'estensione dei numeri razionali che è topologicamente diversa dai numeri reali. Mentre i numeri reali sono un completamento di [latex]\mathbb{Q}[/latex] rispetto alla metrica del valore assoluto usuale, i numeri p-adici sono il completamento di [latex]\mathbb{Q}[/latex] rispetto alla metrica p-adica, dove i numeri sono "piccoli" se sono divisibili per una potenza elevata di [latex]p[/latex].

Un numero razionale è qualsiasi numero che può essere espresso come frazione o quoziente [latex]p/q[/latex], dove [latex]p[/latex] è un numero intero e [latex]q[/latex] è un numero intero diverso da zero. L'insieme di tutti i numeri razionali è indicato con [latex]\mathbb{Q}[/latex]. Questo concetto fondamentale estende i numeri interi per includere le frazioni, consentendo la rappresentazione di parti di un intero.

Un'equazione differenziale parziale (PDE) è un'equazione che impone relazioni tra le varie derivate parziali di una funzione multivariabile. La funzione è spesso chiamata incognita e una PDE descrive una relazione tra questa funzione incognita e le sue derivate. A differenza delle equazioni differenziali ordinarie (ODE), che riguardano funzioni di una sola variabile, le PDE sono fondamentali per modellare sistemi multidimensionali.

Una tecnica per risolvere equazioni differenziali parziali (EDP) del primo ordine e del secondo ordine iperbolico. Il metodo riduce un'EDP a una famiglia di equazioni differenziali ordinarie (EOD) lungo curve specifiche chiamate "caratteristiche". Lungo queste curve, l'EDP si semplifica, consentendo di trovare la soluzione integrando il sistema di EOD. È particolarmente efficace per problemi che coinvolgono il trasporto e la propagazione delle onde.

Un corollario diretto del teorema fondamentale dell'algebra è che qualsiasi polinomio non costante con coefficienti reali può essere scomposto in 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].

Un numero trascendentale è un numero reale o complesso che non è algebrico, ovvero non è radice di alcuna equazione polinomiale diversa da zero con coefficienti interi (o razionali). Tutti i numeri trascendentali sono irrazionali, ma non tutti i numeri irrazionali sono trascendentali (ad esempio, [latex]\sqrt{2}[/latex] è irrazionale ma algebrico, poiché è una radice di [latex]x^2 - 2 = 0[/latex]).

Nonostante sia denso, ovvero nonostante tra due numeri razionali distinti ve ne sia sempre un altro, l'insieme di tutti i numeri razionali [latex]\mathbb{Q}[/latex] è infinito numerabile. Ciò significa che tutti i numeri razionali possono essere messi in corrispondenza biunivoca con i numeri naturali [latex]\mathbb{N} = \{1, 2, 3, ...\}[/latex]. Questo risultato sorprendente dimostra che [latex]\mathbb{Q}[/latex] ha la stessa cardinalità di [latex]\mathbb{N}[/latex] e [latex]\mathbb{Z}[/latex].

Il Nullstellensatz di Hilbert (in tedesco "teorema degli zeri") stabilisce una corrispondenza fondamentale tra geometria e algebra. Esso afferma che, per un campo algebricamente chiuso [latex]k[/latex], se un polinomio [latex]p[/latex] svanisce sull'insieme zero di un ideale [latex]I[/latex], allora una potenza di [latex]p[/latex] deve appartenere a [latex]I[/latex]. Formalmente, [latex]I(V(I)) = \sqrt{I}[/latex], il radicale di [latex]I[/latex].

Una varietà affine è l'insieme dei punti di uno spazio affine le cui coordinate sono gli zeri comuni di un insieme finito di polinomi. Per un insieme di polinomi [latex]S = \{f_1, \dots, f_k\}[/latex] in un anello polinomiale [latex]k[x_1, \dots, x_n][/latex], la varietà affine corrispondente è [latex]V(S) = \{x \in k^n | f(x) = 0 \text{ per tutti } f \in S\}[/latex]. È un oggetto di studio centrale della geometria algebrica classica.