§ 18. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЦЕЛЫХ МНОГОЧЛЕНОВ И ВЫЧИСЛЕНИЕ ИХ КОРНЕЙ
184. Алгебраическое уравнение.
В настоящем параграфе мы будем заниматься исследованием целого многочлена (полинома):
где
данные комплексные числа и z — комплексная переменная, причем старший коэффициент мы можем считать отличным от нуля.
Основные действия с многочленами хорошо известны из элементарной алгебры. Мы напомним только основной результат, касающийся действия деления.
два многочлена и степень
не выше степени
то
представить в виде:
где
также многочлены, причем степень
ниже степени
. Многочлены
называются, соответственно, частным и остатком при делении
на
. Частное и остаток суть вполне определенные многочлены, так что представление
в указанном выше виде через
единственно.
Значения z, при подстановке которых многочлен обращается в нуль, называются корнями этого многочлена. Таким образом, корни
суть решения уравнения
Написанное уравнение называется алгебраическим уравнением
степени.
При делении
на двучлен
частное
будет многочленом
степени со старшим коэффициентом
остаток же R не будет содержать z. По основному свойству деления имеет место тождество
Подставляя в это тождество
получим
т. е. остаток, получаемый при делении многочлена
, равен
(теорема Безу).
В частности, для того чтобы многочлен
делился на (
) без остатка, необходимо и достаточно условие
т. е. для того чтобы многочлен делился на двучлен (z — а) без остатка, необходимо и достаточно, чтобы
было корнем этого многочлена.
Таким образом, зная корень
многочлена
мы можем выделить из этого многочлена множитель (z — а):
где
нахождение остальных корней приводит к решению уравнения
степени.
Для дальнейшего нам необходимо иметь ответ на следующий вопрос: имеет ли всякое алгебраическое уравнение корни? В случае неалгебраического уравнения ответ может быть отрицательным. Так, например, уравнение
вовсе корней не имеет, так как модуль
левой части ни при одном значении
в нуль не обращается. Но в случае алгебраического уравнения на поставленный выше вопрос имеется утвердительный ответ, который и заключается в следующей основной теореме алгебры: всякое алгебраическое уравнение имеет по крайней мере один корень.
Мы примем здесь эту теорему без доказательства. В третьем томе при изложении теории функций комплексной переменной мы дадим ее доказательство.