利用范德蒙德行列式,证明n次多项式至多有n个根
时间: 2024-04-10 11:28:56 浏览: 21
要证明一个n次多项式至多有n个根,我们可以利用范德蒙德行列式的性质来进行证明。
假设我们有一个n次多项式 P(x) = a_nx^n + a_{n-1}x^{n-1} + ... + a_1x + a_0,其中 a_i 是多项式的系数。
首先,我们假设 P(x) 有超过n个根,即存在 n+1 个不同的数 r_0, r_1, ..., r_n,使得 P(r_0) = P(r_1) = ... = P(r_n) = 0。
然后,我们可以构造一个 n×n 的范德蒙德行列式 V,其中第 i 行的元素为 r_i 的各次幂:
V = | 1 r_0 r_0^2 ... r_0^{n-1} |
| 1 r_1 r_1^2 ... r_1^{n-1} |
| . . . . |
| . . . . |
| . . . . |
| 1 r_n r_n^2 ... r_n^{n-1} |
根据范德蒙德行列式的定义,如果 V 的行向量线性相关,即行向量可以表示成其他行向量的线性组合,则 V 的行列式为零。
现在我们考虑多项式 P(x) 在每个根 r_i 处的取值,根据前提条件,P(r_i) = 0,即多项式在每个根处都等于零。
我们可以将多项式 P(x) 表示为一个系数向量和范德蒙德行列式的乘积:
P(x) = | a_n a_{n-1} ... a_1 a_0 | * V^T
其中,V^T 表示 V 的转置。
如果 P(x) 在每个根处都等于零,那么乘积的结果也应该等于零。即:
| a_n a_{n-1} ... a_1 a_0 | * V^T = 0
但是,我们已经知道 V 的行列式为零,因此根据行列式的性质,系数向量与 V^T 相乘的结果也必须为零。
这意味着系数向量与 V^T 的乘积为零向量。然而,范德蒙德行列式的性质保证了 V 的行向量线性无关,因此只有零向量才能使得系数向量与 V^T 的乘积为零向量。
因此,我们得出结论:如果一个n次多项式 P(x) 有超过n个根,那么系数向量与范德蒙德行列式的乘积不可能为零向量,与前提条件相矛盾。
因此,我们证明了一个n次多项式至多有n个根的结论。