background image

 

 

II. Polynomials

Definition 1.2:

Definition 1.2:

 

The real (or complex) polynomial of order n 
(nN{0}) is a function : R (or C) R (or C) 

defined as follows:

Where a

k

  R (or C) for 0  k  n and a

n

  0

The function w(x)  0 is the polynomial of order 

-. The numbers a

 for 0  k  n are called the 

coefficients of polynomial W.

0

1

1

1

)

(

a

x

a

x

a

x

a

x

W

x

n

n

n

n

!!!

All real polynomials could be identified as a complex by 
generalization of domain R (real) to C (complex). 

background image

 

 

Example

:

 

R

:

15

4

3

)

(

3

w

x

x

x

w

order 3

R

:

7

9

1

)

(

7

9

p

x

x

e

x

x

p

order 9

R

:

3

)

(

q

x

q

order 0

C

:

,

4

)

3

2

(

)

(

6

15

v

i

z

i

iz

z

v

order 
15

C

:

1

)

(

2

g

z

z

g

order 2

C

:

2

1

)

(

u

i

x

u

order 0

background image

 

 

Definition 2.2:

Definition 2.2:

 

Let P and Q are polynomials. The sum, difference 
and product of P and Q is polynomial defined as:

)

(

)

(

)

(

),

(

)

(

)

(

x

Q

x

P

x

Q

P

x

Q

x

P

x

Q

P

df

df

sum/difference

product

Example

:

 

Find sum and difference of polynomials P and Q

;

5

1

)

(

,

1

)

(

2

2

x

x

x

Q

x

x

P

)

(

)

(

)

(

x

Q

x

P

x

Q

P

 

2

2

5

1

1

x

x

x

x

5

)

(

)

(

)

(

x

Q

x

P

x

Q

P

 

2

2

5

1

1

x

x

x

2

2x

x

5

2

Operations

background image

 

 

Definition 3.2:

Definition 3.2:

The polynomial S is a quotient and polynomial R 
is a reminder of the division polynomials P by Q
if for all x

R (or C) following condition is 

satisfied

and order of R is lower then order of Q. If R(x)  

0, one say that P is

 

divisible by Q.

)

(

)

(

)

(

)

(

x

R

x

S

x

Q

x

P

Example

:

 

17

9

)

(

2

3

x

x

x

x

P

3

)

7

)(

2

(

2

x

x

x

6

5

3

8

)

(

2

4

x

x

x

x

P

)

6

11

8

8

)(

1

(

2

3

x

x

x

x

quotient
- order 2

reminder
- order 0

P(x) – order 3

Q(x) – order 
1

quotient
- order 3

P(x) – order 4

Q(x) – order 
1

P is divisible by Q

background image

 

 

i

z

iz

z

P

3

1

2

)

(

3

i

i

z

iz

i

z

7

7

)

4

2

2

)(

2

(

2

quotient
- order 2

reminder
- order 0

P(x) – order 3

Q(x) – order 
1

Definition 

Definition 

4

4

.2:

.2:

Real (or complex) number x

0

 is called root of real 

(or complex) polynomial when W(x

0

)=0.

i

i

i

i

i

W

z

W

4

2

)

1

(

2

)

1

(

)

1

(

)

(

2

1

i

i

i

4

2

)

2

2

(

)

1

2

1

(

0

i

i

i

i

i

W

z

W

4

2

)

2

1

(

2

)

2

1

(

)

2

1

(

)

(

2

2

i

i

i

4

2

)

4

2

(

)

4

4

1

(

i

2

3

Example

:

 

Example cont.

:

 

i

z

i

z

i

iz

z

z

W

2

1

,

1

,

4

2

2

)

(

2

1

2

Check if z

1

 or z

2

 is a 

root of

Root of Polynomial

background image

 

 

Theorem 1.2: (Bezout)

Theorem 1.2: (Bezout)

Real (or complex) number x

0

 is called root of real 

(or complex) polynomial if and only if exist 
polynomial that

)

(

)

(

0

x

P

x

x

x

W

• the reminder of division by (x

0

) is equal (x

0

)

!!!

Example

:

 

2

3

7

2

3

)

(

2

3

z

z

z

z

W

i

z

 2

0

2

3

)

2

(

7

)

2

(

2

3

)

2

(

)

(

2

3

0

i

i

i

z

W

2

3

)

2

(

7

)

2

2

1

(

2

3

)

5

2

(

i

i

i

2

3

7

2

7

12

2

3

5

2

i

i

i

0

 

i

z

i

z

i

z

z

z

z

2

2

)

2

2

(

)

2

(

2

3

7

2

3

2

2

3

W

P

z - z

0

background image

 

 

Proof:

Let

 

x

0

 be a

 

root of polynomial W. 

So

0

)

(

0

x

W

)

(

)

(

)

(

)

(

0

x

R

x

P

x

x

x

W

c

x

R

)

(

Order of the reminder has to be 
lower then order of

 

)

(

0

x

x

x

0

 is a

 

root of polynomial W

c

x

P

x

x

x

W

)

(

)

(

)

(

0

0

0

0

c

0

so

)

(

)

(

)

(

0

x

P

x

x

x

W

We know that

)

(

)

(

)

(

0

x

P

x

x

x

W

0

)

(

)

(

)

(

0

0

0

0

x

P

x

x

x

W

x

0

 is a

 

root of polynomial W

background image

 

 

Definition 

Definition 

5

5

.2:

.2:

Real (or complex) number x

0

 is called k-fold root 

of real (or complex) polynomial if and only if 
exist polynomial that

)

(

)

(

0

x

P

x

x

x

W

k

and

0

)

(

0

x

P

!!!

• if x

1

 is k

1

-fold root, x

2

 is k

2

-fold root,..., x

m

 is k

m

-fold root 

of polynomial then this polynomial is divisible by product 

 

m

k

m

k

k

x

x

x

x

x

x

2

1

2

1

k-fold Root of Polynomial

background image

 

 

Theorem 2.2:

Theorem 2.2:

 

 

Let 

be a polynomial with integer coefficients and 
integer 

 0 be a root of W.

Then number p is a divisor of free term a

0

0

1

1

1

)

(

a

x

a

x

a

x

a

x

W

n

n

n

n

Proof:

Let

 

 0 be a

 

integer root of polynomial W. 

So

0

)

(

0

1

1

1

a

p

a

p

a

p

a

p

W

n

n

n

n

p

a

p

a

p

a

a

n

n

n

n

1

1

1

0

1

2

1

1

a

p

a

p

a

p

n

n

n

n

Z

Z

number p is a divisor of free term a

0

background image

 

 

Find all integer roots of 
polynomial W

8

5

2

)

(

2

3

x

x

x

x

W

Example

:

 

1

,

2

,

4

,

8

A

Set of „potential roots” of W

12

8

1

5

1

2

1

)

1

(

2

3

W

0

8

)

1

(

5

)

1

(

2

)

1

(

)

1

(

2

3

W

18

8

)

2

(

5

)

2

(

2

)

2

(

)

2

(

2

3

W

18

8

)

2

(

5

)

2

(

2

)

2

(

)

2

(

2

3

W

60

8

)

4

(

5

)

4

(

2

)

4

(

)

4

(

2

3

W

108

8

)

4

(

5

)

4

(

2

)

4

(

)

4

(

2

3

W

432

8

)

8

(

5

)

8

(

2

)

8

(

)

8

(

2

3

W

672

8

)

8

(

5

)

8

(

2

)

8

(

)

8

(

2

3

W

Solution:

1

0

x

background image

 

 

Rational Roots of Polynomial

Theorem 

Theorem 

3.2

3.2

:

:

Let 

be a polynomial of order n with integer 
coefficients a

k

 (0   n). Furthermore let 

number p/q be a root of polynomial (p,q are 
relatively prime integer numbers).
Then p is a divisor of free term a

0

 and q is a 

divisor or coefficient a

n

.

      

0

1

1

1

)

(

a

x

a

x

a

x

a

x

W

n

n

n

n

!!!

• if a

then all rational roots are integer; 

  notes that only 1 and –1 are divisors of a

n

  and the 

number p/q=

p

  (integer number)

background image

 

 

Proof:

0

0

1

1

1

















a

q

p

a

q

p

a

q

p

a

q

p

W

n

n

n

n

We knew that

and p,q are relatively prime integer numbers. 

0

0

1

1

1

1

n

n

n

n

n

n

q

a

pq

a

q

p

a

p

a

Number p is a divisor of number 

a

0

q

, but

is not a divisor of q

n

So p is a 

divisor of a

0

0

0

n

q

a

pk

0

0

1

1

2

1

1

n

n

n

n

n

n

q

a

q

a

q

p

a

p

a

p

0

1

0

2

1

1

1

n

n

n

n

n

n

q

a

pq

a

p

a

q

p

a

0

 ql

p

a

n

n

k

(integer 

   number)

l

(integer 

   number)

Number q is a divisor of number 

a

n

p

, but

is not a divisor of p

n

So q is a 

divisor of a

n

background image

 

 

Example

:

 

Find all rational roots of polynomial W

1

3

4

)

(

2

4

x

x

x

x

W

1

2

1

,

4

1

A

Set of „potential roots” of W

64

21

64

64

48

4

1

1

4

3

16

1

64

1

1

4

1

3

4

1

4

1

4

4

1

2

4

W

64

117

64

64

48

4

1

1

4

3

16

1

64

1

1

4

1

3

4

1

4

1

4

4

1

2

4

 

 

 

 

W

0

4

4

6

1

1

1

2

3

4

1

4

1

1

2

1

3

2

1

2

1

4

2

1

2

4

W

3

4

12

4

4

6

1

1

1

2

3

4

1

4

1

1

2

1

3

2

1

2

1

4

2

1

2

4

 

 

 

 

W

 

3

1

3

1

4

1

1

3

1

1

4

1

2

4

W

 

9

1

3

1

4

1

)

1

(

3

)

1

(

)

1

(

4

1

2

4

W

Solution:

2

1

0

x

background image

 

 

The Fundamental Theorem of Algebra

Theorem 

Theorem 

4

4

.

.

2

2

:

:

 

 

(

(

the Fundamental Theorem of 

the Fundamental Theorem of 

Algebra

Algebra

)

)

Every complex polynomial of positive order has 
at least one complex root.

      

Proof:

- too complicated (some method of calculus and advanced 
algebra are needed)

Number Class Notation

Equation

positive integer

N

integer

Z

rational

Q

real

R

complex

C

0

5

x

0

5

4

x

0

2

2

x

0

3

2

x

all equations have complex root


Document Outline