题目
- 设 f(x)∈K[x],c∈K。证明:c 是 f 的 k 重根 ⟺f(c)=f′(c)=⋯=f(k−1)(c)=0 且 f(k)(c)=0。
- 求多项式 f(x)=(x−1)3(x+2)2 的 f′ 和 f′′,验证上述结论。
- 证明:若 f(x)∈R[x] 无重根,则 f 与 f′ 互素。
提示
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- 第 1 题:对 k 用归纳法,结合因式定理和形式导数的乘积法则。
- 第 2 题:先展开 (x−1)3(x+2)2 再求导,或直接用乘积法则计算。
- 第 3 题:由重因式判定定理,f 无重因式 ⟺gcd(f,f′)=1。
解答
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第 1 题
归纳基础(k=1):c 是单根 ⟺f(c)=0 且 f′(c)=0。由因式定理,c 是根 ⟺f(c)=0。由重因式判定定理(ALG-THM-006),k=1 时 (x−c) 不是 f 的重因式 ⟺f′(c)=0。成立。
归纳步骤:假设结论对 k−1 成立。设 c 是 f 的 k 重根,则 f(x)=(x−c)kg(x),g(c)=0。求导:
f′(x)=k(x−c)k−1g(x)+(x−c)kg′(x)=(x−c)k−1[kg(x)+(x−c)g′(x)].
令 h(x)=kg(x)+(x−c)g′(x),则 h(c)=kg(c)=0。故 c 是 f′ 的 k−1 重根。由归纳假设,f′(c)=⋯=f′(k−2)(c)=0 且 f′(k−1)(c)=0,即 f(j)(c)=0(1≤j≤k−1)且 f(k)(c)=0。■
第 2 题
f(x)=(x−1)3(x+2)2。用乘积法则:
f′(x)=3(x−1)2(x+2)2+(x−1)3⋅2(x+2)=(x−1)2(x+2)[3(x+2)+2(x−1)]=(x−1)2(x+2)(5x+4).
验证:f(1)=0,f′(1)=0,但 f′′(1) 应非零(1 是 3 重根,f′′(1) 是第一个非零导数)。f(−2)=0,f′(−2)=0,但 f′′(−2) 也为零吗?−2 是 2 重根,所以 f′′(−2)=0。
第 3 题
f 无重根 ⟺ f 的每个不可约因式都是一次的且重数为 1 ⟺ f 无重因式。由重因式判定定理(ALG-THM-006),f 无重因式 ⟺gcd(f,f′)=1。■
考察点