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整系数多项式的有理根判定
整数系数把有理根的分子、分母限制在有限个候选中。这个限制适合求根、证明无理性以及把参数题转为有限计数。
有理根定理
设 的系数为整数,。若最简分数 是根,,则 整除 、 整除 ;这里分子为零时单独看 。
将 乘以 ,分别移项得
互素,所以 与 互素, 与 互素,可分别得出结论。首一整系数多项式的有理根必为整数,是最常用的特例。
有限候选怎样筛选
设 。若有非零有理根,其最简分母只能为 ,分子为 的正负因数。定理给出的只是候选,不保证每个候选都是根。
按项分组可进一步得到
所以全部根为 。候选检验与因式分解可以配合使用;找到一个根之后,再用带余除法降次通常更省计算。
若常数项为零,应先提出 的幂,记下零根及其重数,再筛选剩余多项式。
证明有实根但没有有理根
多项式 的有理根只能是 ,但代入分别为 ,均不是零。因此它的每个实根都是无理数。
同时在 时函数值异号,连续性保证 内确有实根。这里“没有有理根”与“没有实根”是两回事;有理根定理不能单独确定实根个数,也不能证明所有非有理根都是非实复数。
参数计数:先证明不重计
考虑 ,其中 为不超过正整数 的正整数。有理根必为整数;非负数代入为正,故有理根只能是 ,。代入得到
固定 后,合法 的数目为 。因 ,这一上界不会超过 。此外 要求 ,只剩有限个 。
不同 不会重复计入同一 :函数 在实轴严格递增,因为 与 都严格递增,所以实根至多一个。总数因此为
例如 时只有 ,数目为 。单调性保证这是真正的参数组数,而不是把同一组参数的不同根重复相加。
使用范围
系数必须先化为整数:有理系数方程可以乘以公分母,任意实系数不能套用。首项系数因参数取值而变成零时,方程次数变化,须另行处理。
“首一多项式的有理根必为整数”也要求系数为整数。例如 首项系数为 ,却有非整数有理根。
用奇偶性排除整数根
若整系数 满足 、 都是奇数,则 没有整数根。
证明。 偶数 的所有正整数次幂都是偶数,所以 与常数项 同奇偶;奇数 的所有幂都是奇数,所以 与系数和 同奇偶。两种情况下 都为奇数,不能为零。
此法只排除整数根,不能直接排除所有有理根。例如 的 都是奇数,却有有理根 。首一整系数情形再结合有理根定理,才可同时排除有理根。