零點集

零點集

設是定義在數域 k 上的函式, 我們把方程 f=0 在數域 k 中的解稱作f (在k中)的零點. 所有零點構成的集合稱作零點集。

基本介紹

  • 中文名:零點集
  • 學科:數學
  • 實質:公共零點構成的集合
  • 又名:公共零點集
定義,代數定義,例子,零點集性質,零點集與理想,

定義

是定義在數域k上的一組函式,那么方程組
在數域 k 中的公共解稱作它們的公共零點。
所有公共零點構成的集合稱作公共零點集。

代數定義

設f_1,...f_s是係數定義在k上的一組多項式, 那么方程組f_1=...=f_s=0在域 k 中公共解稱作它們的公共零點,
如果k是代數閉域, 那么上述方程組的公共零點集也稱做(仿射)代數簇. 如果f_i都是齊次方程, 那么公共零點集也稱射影代數簇代數幾何就是要研究代數簇的幾何結構與方程的代數結構(即理想)之間的深刻聯繫--這也是傳統解析幾何的推廣和發展。

例子

1. 黎曼zeta函式(ζ-函式):ζ(s)=1/1^s+1/2^s+1/3^s+...1/n^s+...解析延拓到整個複平面上有很多零點, 其中一些容易求出,稱作平凡零點;其餘的零點稱作非平凡零點。 黎曼猜測非平凡零點都落在實部為1/2的直線上--即著名的黎曼假設(也稱黎曼猜想)。
2. 單變數多項式f(x)=a_nx^n+...a_1x+a_0(這裡a_i是複數)對應的方程f(x)=0的零點就是我們常說的方程的根(在複數域上)。
高斯代數學基本定理: n次多項式方程的零點恰好有n個(允許重根)。
阿貝爾定理: 5次及5次以上的多項式方程的零點不存在一般的求根公式。
伽羅華理論: 多項式方程有求根公式若且唯若它的伽羅華群是可解的。
3. 初等數論的不定方程f(x,y)=0, 這裡f是定義在有理數域Q上的二元多項式。 通常要求它的有理數解(這樣的零點稱作有理點)或整數解(稱作整點格點)或者剩餘類解(即有限域上的零點)。比如
佩爾方程: x^2-dy^2=1, 求整數解(x,y)
勾股方程: X^2+Y^2=Z^2 求整數解(X,Y,Z) (這也等價於求單位圓x^2+y^2=1上的有理數解)
二次剩餘(也稱平方剩餘): x^2-py=q求整數解(x,y) (等價於求剩餘類方程x^2≡q(mod p)的剩餘類解)。此方程有解的判定涉及著名的高斯二次互反律
費馬方程: X^n+Y^n=Z^n (n>2)求整數解(X,Y,Z), 要求XYZ≠0 . 費馬曾猜測該不定方程無解--即著名的費馬大定理, 由外爾斯與1994年獲證--其中用到了橢圓曲線的性質。

零點集性質

1. (全純函式零點定理)單變數復全純函式的零點集是離散的。 換言之, 如果全純函式的一組零點收斂於定義域中的某個點, 那么該函式恆為0.
該定理的等價描述就是所謂的全純函式剛性定理: 兩個全純函式如果在一組收斂點列上取值相同,那么它們必定處處相等。 剛性定理是複變函數中的解析延拓定理的基礎。
2. 儒歇定理: 假設兩個全純函式在邊界上恆有|f|<|g|, 那么在該邊界所圍的區域內g和g+f的零點個數相同(允許重根)
3. 輻角原理: 全純函式f(z)當z繞邊界旋轉一周時像點f(z)所繞的圈數等於零點個數減去極點個數(允許重根)
4. 希爾伯特零點定理: 代數閉域k上的多項式方程組f_1=...=f_s=0無公共零點(即零點集為空集)若且唯若存在多項式a_1,...,a_s使得a_1f_1+...+a_sf_s=1.

零點集與理想

這裡考慮多項式方程組f_1=...=f_s=0。
我們把所有如下形式的多項式構成的集合稱作由f_1,...f_s生成的理想, 記作I=〈f_1,...f_s〉:
a_1f_1+...+a_sf_s, 這裡a_i是任何多項式.
顯然理想中的任何多項式元素都在公共零點集上取值為零。換言之, 我們在原方程組中添入理想中的若干多項式方程,並不影響方程的零點集。
無限個方程組 f_1=...=f_s=...=0也可以類似定義理想I=〈f_1,...f_s,...〉
希爾伯特基定理: 上述理想一定是有限生成的, 也就是說我們可以挑出有限個元素,f_{i1}, f_{i2},...f_{ik}使得
〈 f_{i1},...,f_{ik} 〉 =〈f_1,...f_s,...〉
這就是說無限方程組的求解總是可以化成有限個方程組的求解。

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