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Fatoração de Polinômios Reais

1800
Matemático trabalhando na fatoração de polinômios reais em uma sala de aula histórica.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Um corolário direto do teorema fundamental da álgebra é que qualquer polinômio não constante com coeficientes reais pode ser fatorado em um produto de fatores lineares e fatores quadráticos irredutíveis, todos com coeficientes reais. Os fatores lineares correspondem às raízes reais, enquanto os fatores quadráticos irredutíveis correspondem a pares de raízes complexas conjugadas [latex]a pm bi[/latex].

Este corolário preenche a lacuna entre o mundo abstrato das raízes complexas e as aplicações práticas envolvendo números reais. O teorema fundamental garante que um polinômio real [latex]p(x)[/latex] de grau [latex]n[/latex] possui [latex]n[/latex] raízes complexas. Uma propriedade adicional fundamental é que, se um polinômio possui apenas coeficientes reais, suas raízes não reais devem vir em pares conjugados. Ou seja, se [latex]z = a + bi[/latex] é uma raiz, então seu conjugado [latex]bar{z} = a – bi[/latex] também deve ser uma raiz. Isso pode ser demonstrado observando que [latex]p(bar{z}) = overline{p(z)}[/latex] para um polinômio real; se [latex]p(z)=0[/latex], então [latex]overline{p(z)}=0[/latex], logo [latex]p(bar{z})=0[/latex].

Cada par de raízes conjugadas [latex](z, bar{z})[/latex] pode ser combinado para formar um fator quadrático real: [latex](x – z)(x – bar{z}) = (x – (a+bi))(x – (a-bi)) = x^2 – 2ax + (a^2+b^2)[/latex]. Esta equação quadrática tem coeficientes reais e é irredutível sobre os números reais porque seu discriminante é negativo ([latex](-2a)^2 – 4(a^2+b^2) = -4b^2 < 0[/latex] para [latex]b neq 0[/latex]). Ao agrupar todas as raízes reais em fatores lineares [latex](xr)[/latex] e todos os pares conjugados em fatores quadráticos irredutíveis, qualquer polinômio real pode ser totalmente fatorado usando apenas coeficientes reais. Esse resultado é extremamente prático, especialmente no cálculo integral para a decomposição de funções racionais.

UNESCO Nomenclature: 1101
· Álgebra

Tipo

Sistema abstrato

Interrupção

Substancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • o teorema fundamental da álgebra
  • o teorema da raiz conjugada complexa
  • Fórmulas de Viète que relacionam raízes e coeficientes
  • métodos para divisão de polinômios

Aplicações

  • cálculo (decomposição em frações parciais para integração de funções racionais)
  • Equações diferenciais (encontrar soluções para equações lineares homogêneas com coeficientes constantes)
  • Teoria de controle (análise de polos e zeros do sistema)
  • signal processing (designing filters)

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

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Relacionado a: polinômios reais, fatoração, raízes complexas conjugadas, equações quadráticas irredutíveis, frações parciais, cálculo, fatores lineares, coeficientes reais, corolário, equações diferenciais.

Contexto histórico

Fatoração de Polinômios Reais

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

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

Princípios relacionados à invenção, inovação e tecnologia

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