Nullstellen von Polynomen
Sei
P∈K[x] ein
Polynom und
λ∈K.
λ heißt
Nullstelle von
P, falls
P~(λ)=0 ist, also der Wert der
Polynomabbildung an der Stelle
λ ist
0∈K .
Beispiel
1∈F2 ist eine
Nullstelle von
x2+x∈F2[x], denn
12+1=1+1=0∈F2.
Bemerkung
Die
Menge der
Polynome in
K[x], die eine
Nullstelle bei
λ∈K haben
Iλ={P∈K[x]∣P~(λ)=0}, ist ein
Ideal von
K[x].
I ist nämlich der Kern des
Substitutionshomomorphismus (vgl.
Satz 81DC)
φ:K[x]⟶K mit
x⟼λ.
Satz 81FB (Linearfaktoren)
Ist
λ∈K eine
Nullstelle von
P∈K[x], dann existiert ein eindeutig bestimmtes
Polynom Q mit
P=(x−λ)Q und
degQ=degP−1. Man nennt
(x−λ) einen
Linearfaktor von
P.
Beweis
Wir dividieren
P durch
(x−λ) mit Rest (
Satz 81DH) und erhalten
P=Q(x−λ)+r mit
degr<deg(x−λ)=1, also
r=r0∈K. Wegen
0=P~(λ)=Q(λ−λ)+r(λ)=0+r0=r0 folgt
P=Q(x−λ). Die Gradgleichung folgt aus
Satz 81BL.
□
Satz 81FC
- Iλ ist ein von (x−λ) erzeugtes Hauptideal.
- Sei K ein beliebiger Körper und P∈K[x] ein vom Nullpolynom verschiedenes Polynom. Dann hat P höchstens n=degP viele verschiedene Nullstellen.
- Ist K ein Körper mit unendlich vielen Elementen, so ist der K-Algebra-Homomorphismus K[x]⟶Abb(K,K) mit P⟼P~ injektiv.
Beweis
(i): Mit
Satz 81FB und der Definition des
Hauptideals. (ii):
Induktion nach dem
Polynomgrad d=degP. Für
d=0 gilt
P=p0=/0∈K und
P hat gar keine
Nullstelle. Sei nun
d>0 und die Aussage für
Polynome kleineren Grades bereits gezeigt. Wenn
P keine
Nullstelle hat, ist die Aussage richtig. Falls
λ∈K eine
Nullstelle ist, haben wir nach
Satz 81FB P=(x−λ)⋅Q mit
degQ<degP und nach Induktionsvoraussetzung hat
Q höchstens
degQ<d−1 Nullstellen. Damit hat aber
P höchstens
d=degP viele verschiedene
Nullstellen. (iii): Da
φ:K[x]⟶Abb(K,K) ein
K-Algebra-Homomorphismus, also insbesondere eine
lineare Abbildung ist, genügt nach
Satz 15XH für die
Injektivität,
kerφ={0} zu zeigen. Sei also
P∈kerφ ein
Polynom, also
P~=0 das Nullpolynom. Dann ist
P~(λ)=0~(λ)=0 ∀λ∈K, d.h.
P hat
unendlich viele
Nullstellen. Nach (ii) muss daher
P=0 sein (sonst gäbe es nämlich höchstens
degP<∞ viele
Nullstellen).
□
Bemerkung
Ein
Polynom P∈K[x] vom Grad
n hat höchstens
n Nullstellen. Es gibt jedoch
Polynome beliebig hohen Grades ohne
Nullstellen. Sei
K=R. Das
Polynom P=x2n+1∈R[x] hat keine
Nullstelle in
R, da
∀x∈R gilt
x2n+1≥1. Sei
K={λ1,…,λq} ein endlicher
Körper, dann ist das
Polynom [i=1∏q(x−λi)]n+1 vom Grad
nq und erfüllt
P(λ)=1 für alle
λ∈K.
P hat also keine
Nullstelle.
Vielfachheit
Sei
P∈K[x] ein
Polynom =/0 und
λ∈K. Dann heißt
- μ(P,λ)=max{r∈N0∣∃Q:P=(x−λ)r⋅Q}
die
Vielfachheit oder
Multiplizität der
Nullstelle λ. Nach
Satz 81FB gilt
μ(P,λ)=0⇔P~(λ)=/0, also wenn
λ überhaupt keine
Nullstelle ist. Ist
μ(P,λ)=r, so gilt
P=(x−λ)r⋅Q mit
Q~(λ)=0.
Beispiel
Sei
P=(x−1)(x−2)2, dann ist
μ(P,1)=1,
μ(P,2)=2 und
μ(P,3)=0.
Die Mathematik muß man schon deswegen studieren, weil sie die Gedanken ordnet.
M. W. Lomonossow
Copyright- und Lizenzinformationen: Diese Seite ist urheberrechtlich geschützt und darf
ohne Genehmigung des Autors nicht weiterverwendet werden.
Anbieterkеnnzeichnung: Mathеpеdιa von Тhοmas Stеιnfеld
• Dοrfplatz 25 • 17237 Blankеnsее
• Tel.: 01734332309 (Vodafone/D2) •
Email: cο@maτhepedιa.dе