RPC (Rational Polynomial Coefficients)模型的實(shí)質(zhì)是有理函數(shù)糾正模型(Rational Function Model - RFM) ,是將像點(diǎn)坐標(biāo)( r, c)表示為以相應(yīng)地面點(diǎn)空間(X, Y, Z )為自變量的多項(xiàng)式的比值: 如果直接用影像相關(guān)的算法,求出各個像素的同名點(diǎn),再計算視差,計算量非常大,一般是先生成核線影像,把二維的相關(guān)問題變成一維的相關(guān)問題。核線在像片上是互不平行的,他們交于核點(diǎn),如果將像片上的核線投影到一對相對水平的像片--平行于基線的像片對,則核線互相平行。根據(jù)這一原理,在水平像片上建立規(guī)則格網(wǎng),它的行就是核線。把前面提取的同名點(diǎn)和輸入的控制點(diǎn)代入共線投影方程式: 基于RPC參數(shù)的幾何模型求解 從三維模型到二維圖象是投影運(yùn)算,從二維圖象獲得三位信息是什么運(yùn)算呢?近年來,人們試圖通過有理多項(xiàng)式建立一類通用的模型來解決從二維圖象恢復(fù)三維信息的問題,稱為有理多項(xiàng)式函數(shù)模型(Rational Function Model, RFM),其參數(shù)(Rational Polynomial Coefficient, RPC)的求解、基于RFM的三維空間坐標(biāo)解算、掃描影像核線幾何關(guān)系和近似核線影像生成、高精度DEM提取以及DOM制作等是研究的主要內(nèi)容。 張永軍張劍清丁亞洲 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5
衛(wèi)星遙感影像在成像過程 中由于受到諸多復(fù)雜因素的影響,使各像點(diǎn)產(chǎn)生了不同程度的幾何變形。建立遙感影像幾何定位模型可以正確地描述每一個像點(diǎn)坐標(biāo)與其對應(yīng)地面點(diǎn)物方坐標(biāo)間的嚴(yán) 格幾何關(guān)系,以便對原始影像進(jìn)行高精度的幾何糾正及對地目標(biāo)定位,從而實(shí)現(xiàn)由二維影像反演實(shí)地表面的平面或空間位置,以滿足各種遙感應(yīng)用的需求。 袁修孝余俊鵬 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 1) GeoEye-1衛(wèi)星數(shù)據(jù)FAQs 1. 為什么宣傳資料上寫的GeoEye-1分辨率是0.41/1.65米,而用戶收到的數(shù)據(jù)卻是0.5/2米? GeoEye-1全色影像星下點(diǎn)分辨率0.41m,側(cè)視25°分辨率為0.49m。受美國出口限制,提供給美國以外客戶的產(chǎn)品地面采樣間隔重采樣為0.5m。 2. 做正射影像處理的時候是否一定要用到RPC? 有理多項(xiàng)式模型代替相機(jī)模型,用以擬合內(nèi)外方位元素,這個多項(xiàng)式的系數(shù)就是RPC(Rational Polynomial Coefficient),不同的RPC用來擬合不同的瞬時像機(jī)姿態(tài)。RPC隨影像而不同。無RPC的影像無法用于測繪。 3. 能否解釋一下GeoEye系列的星座模式? GeoEye-1和IKONOS相位軌道,可以實(shí)現(xiàn)每天重訪。GeoEye-1、前期的IKONOS衛(wèi)星及計劃中的GeoEye-2衛(wèi)星將構(gòu)成星座模式,向全球用戶提供高分影像服務(wù)。 4. GeoEye-1的無控定位精度是多少? 單片產(chǎn)品無控定位精度CE90:5m。立體產(chǎn)品無控定位精度CE90:4m,LE90:6米。 5. GeoEye-1和IKONOS的成圖比例尺可以達(dá)到多少?
6. GeoEye-1每景的面積是多少? GeoEye-1衛(wèi)星單景覆蓋15.2x15.2=231Km2,條帶覆蓋15.2x100=1520 Km2。 7. Geo與GeoProfessional產(chǎn)品的區(qū)別? Geo是經(jīng)過輻射校正的預(yù)正射產(chǎn)品,為用戶提供RPC,用戶可以進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差、正射糾正以及其它攝影測量處理。GeoProfessional是經(jīng)過精確地形校正的正射產(chǎn)品,可以進(jìn)行影像拼接與調(diào)色、特征提取、變化監(jiān)測、基礎(chǔ)制圖等應(yīng)用。 8. GeoEye-1的立體產(chǎn)品有哪些優(yōu)勢? GeoStereo立體產(chǎn)品為同一軌道影像提供立體像對,具有高分辨率和彩色兩大特點(diǎn),可用于高精度DEM提取、3D地物要素提取、地貌可視化等等 ENVI4.5目前支持的正射校正包括兩種模型:嚴(yán)格軌道模型(Pushbroom Sensor)和RPC有理多項(xiàng)式系數(shù)(Rational Polynomial Coefficient),如表1所示。 ENVI4.5中的正射校正說明 在 ENVI 中能對絕大多數(shù)的高分辨率影像通過嚴(yán)格物理模型進(jìn)行正射校正。 1 、概述 ENVI4.5 目前支持的正射校正包括兩種模型:嚴(yán)格軌道模型( Pushbroom Sensor )和 RPC 有理多項(xiàng)式系數(shù)( Rational Polynomial Coefficient ),如表 1 所示。包括 ALOS/PRISM 在ENVI中能對絕大多數(shù)的高分辨率影像通過嚴(yán)格物理模型進(jìn)行正射校正。 1、概述 ENVI4.5目前支持 的正射校正包括兩種模型:嚴(yán)格軌道模型(Pushbroom Sensor)和RPC有理多項(xiàng)式系數(shù)(Rational Polynomial Coefficient),如表1所示。包括ALOS/PRISM、ASTER、IKONOS、OrbView-3、QuickBird、 SPOT1-5、CARTOSAT-1(P5)、FORMOSAT-2、worldview-1校正模型,即將推出的ENVI4.6還將增加 GeoEye-1、RADARSAT-2、KOMPSAT-2、TerraSAR-X傳感器模型。 傳感器
表1傳感器模型
圖1生成RPC文件面板 2、正射校正簡單操作說明 第一步、打開顯示數(shù)據(jù)
圖2 打開數(shù)據(jù)文件 第二步、選擇傳感器校正模型 在主菜單中,選擇 Map-> Orthorectification,選擇對應(yīng)的傳感器模型。這里有兩種正射校正方式供選擇,一是只利用數(shù)據(jù)自帶星歷參數(shù)而無地面控制點(diǎn)方式,二是利用 地面控制點(diǎn)增加校正精度的方式。如果選擇第一種方式,直接可以跳到第四步。如果選擇第二種方式,在選擇完正射校正的數(shù)據(jù)文件之后,進(jìn)入第三步。
選擇校正模型
圖4 鍵盤輸入地面控制點(diǎn)
圖5參考影像上選擇控制點(diǎn)
圖6矢量數(shù)據(jù)上獲取控制點(diǎn)
第四步、輸出結(jié)果 圖7 輸出正射校正結(jié)果參數(shù)設(shè)置面板
ENVI的正射校正功能具有操作簡單、靈活和支持的傳感器多等特點(diǎn)。
有理函數(shù) 有理函數(shù)就是通過多項(xiàng)式的加減乘除得到的函數(shù)。一個有理函數(shù)h可以寫成如下形式:h=f/g,
這里f和g都是多項(xiàng)式函數(shù)。有理函數(shù)是特殊的亞純函數(shù), 它的零點(diǎn)和極點(diǎn)個數(shù)有限。
有理函數(shù)全體構(gòu)成所謂的有理函數(shù)域。
亞純函數(shù)
亞純函數(shù)(meromorphic
function)是在區(qū)域D上有定義,且除去極點(diǎn)之外處處解析的函數(shù)。
擴(kuò)展知識復(fù)平面上的超越亞純函數(shù)也有一個部分分式分解定理, f(z)是以{ak}為極點(diǎn)集的超越亞純函數(shù),設(shè)f(z)在極點(diǎn)ak處羅朗展式的主部為,Pk(u)是一個多項(xiàng)式,于是f(z)可表作:中g(shù)(z)是整函數(shù) ,hk(z)是適當(dāng)選取的多項(xiàng)式。對于超越亞純函數(shù)有一個類似畢卡定理的結(jié)果:f(z)是超越亞純函數(shù),則最多除去兩個例外值外,對所有其他值W, f(z)-W一定有無窮多個零點(diǎn)。 在復(fù)分析中,一個復(fù)平面的開子集D上的亞純函數(shù)是一個在D上除一個孤立點(diǎn)集合之外的區(qū)域全純的函數(shù),那些孤立點(diǎn)稱為該函數(shù)的極點(diǎn)。這樣的函數(shù)有時稱為正則函數(shù)或者在D上正則。 每個D上的亞純函數(shù)可以表達(dá)為兩個全純函數(shù)的比(其分母不恒為0):極點(diǎn)也就是分母的零點(diǎn)。 Image:Gamma abs.png Γ函數(shù)在整個復(fù)平面上亞純直觀的講,一個亞純函數(shù)是兩個性質(zhì)很好的(全純)函數(shù)的比。這樣的函數(shù)本身性質(zhì)也很“好”,除了分式的分母為零的點(diǎn),那時函數(shù)的值為無窮。 從代數(shù)的觀點(diǎn)來看,如果D是一個連通集,則亞純函數(shù)的集合是全純函數(shù)的整域的分式域。 |
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一般的結(jié)論是:
證明: 設(shè) ,其中
是有理多項(xiàng)式.令:
其中為本原多項(xiàng)式.此時必有 .故 .
這個結(jié)論無助于判斷有理系數(shù)多項(xiàng)式是否可約?如何分解?這兩個問題得的解決. 但是,對一些特殊的情況,還是有一些相應(yīng)的方法來處理的.
1.有理根的判斷
2.Eisenstein判別法解決了另外一類情況;
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證明:如果在有理數(shù)域上可約,那么必有 兩個整系數(shù)多項(xiàng)式
,
,使得
因此
由已知且
,則
或者
.不妨設(shè)
.因?yàn)?
,也就是
,因此必存在一個 正整數(shù)
,使得
比較 與
的
的系數(shù),可得
可推出,因?yàn)?img doc360img-src='http://jpkcdx./ec2006/C34/Course/Content/N41/img1097.png' alt="$ p$" src="http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif" title="影像有理函數(shù)糾正RFM/RPC" align="middle" border="0" height="33" width="14">是素數(shù),則
,產(chǎn)生矛盾.同理可證,
也不成立. 故原命題錯誤.
二次型與矩陣
二次型可以用矩陣乘積來表示,而且方式不唯一.
為研究方便,需給出二次型的唯一表示
由這個定義給出的二次型的矩陣表示是唯一的
為了判斷二次型的類型,我們需要非的概念
非退化的線性替換的一個性質(zhì)是:將二次型變?yōu)槎涡?
此時我們看到前后兩個二次型所對應(yīng)的矩陣也有了變化.
合同關(guān)系是矩陣?yán)碚摰牡诙€等價關(guān)系.
至此問題便可歸結(jié)為
http://jpkcdx./ec2006/C34/Course/Content/N41/node37.html
有理域上的多項(xiàng)式
上節(jié)中我們看到,復(fù)數(shù)域上只有一次式是質(zhì)式,實(shí)數(shù)域上只有一次式和一部分二次式是質(zhì)式。本節(jié)將說明,和上述兩個數(shù)域不同,有理域R0上有任意高次的質(zhì)式,此外,我們附帶討論求有理根的問題。
設(shè)ƒ(х)是任意有理系數(shù)多項(xiàng)式,以適當(dāng)?shù)姆?整數(shù)C來乘,可使cƒ(х)成為整系數(shù)多項(xiàng)式。因此,任意有理系數(shù)多項(xiàng)式和一個整系數(shù)多項(xiàng)式相通。
定義7.4.1
是一個整系數(shù)多項(xiàng)式,若系數(shù)a0,a1,…,an互質(zhì),即若這些系數(shù)除±1外無公因數(shù),則稱ƒ(х)是一個本原多項(xiàng)式。
設(shè)ƒ(х)是一個整系數(shù)多項(xiàng)式,其系數(shù)之最高公因?yàn)閐,由系數(shù)中提出此最高公因d,ƒ(х)可以寫成dg(х)的形式。g(х)顯然是一個本原多項(xiàng)式,由此可見,任意有理系數(shù)多項(xiàng)式和一個本原多項(xiàng)式相通。
定理7.4.1
g(х) = b0хm+b1хm-1+…+bm
是兩整系數(shù)多項(xiàng)式。若
證明: 假定p不整除ƒ(х)的所有系數(shù)也不整除g(х)的所有系數(shù)。從后往前看ƒ(х)和g(х),設(shè)ai ,bj是ƒ(х),g(x)的系數(shù)中第一個不為p整除者。于是,
ƒ(χ)g(χ)中χn-i+m-j的系數(shù)是
aibj + ai+1bj-1 + ai+2bj-2 + … +
+ ai-1bj+1 + ai-2bj+2 + …
此式中,除aibj外,其余各項(xiàng)由(1)及(2)都為p整除,而由p不整除ai,p不整除bj,有p不整除aibj,故p不整除хn-i+m-j的系數(shù),與題設(shè)p整除ƒ(х)g(х)的所有系數(shù)矛盾。
定理7.4.2
證明:由ƒ(х)∣g(х)知,有
不論h(х)是否為整系數(shù)多項(xiàng)式,我們總可以取一個正整數(shù)c使k(х)=ch(х)是整系數(shù)多項(xiàng)式,由(3)有
cg(х) =
ƒ(х)k(х)
此式表示以c乘g(х)的所有系數(shù)就是ƒ(х)k(х)的所有系數(shù),從而c整除ƒ(х)k(х)的所有系數(shù)。設(shè)
c = p1p2…pr
是c的質(zhì)因數(shù)分解式。因?yàn)閜1∣c,故p1整除ƒ(х)k(х)的所有系數(shù),但ƒ(х)是本原多項(xiàng)式,故由定理7.4.1,p1整除k(х)的所有系數(shù),從而k(х) = p1k1(х),其中k1(х)是整系數(shù)多項(xiàng)式。由(4)有
c1g(х) =
ƒ(х)k1(х)
其中c1 = p2…pr,仿上有k1(х)=p2k2(х),其中k2(х)是整系數(shù)多項(xiàng)式。由(5)有
其中c2=p3…pr。這樣,(4)左邊c的質(zhì)因數(shù)可以一一消去,最后得
其中kr(х)是整系數(shù)多項(xiàng)式。但由(3)及(6)有h(х)=kr(х),故h(х)是整系數(shù)多項(xiàng)式。
http://trp./software/net/lssx/7/7.9.htm
多項(xiàng)式
若干個單項(xiàng)式的和組成的式子叫做多項(xiàng)式(減法中有:減一個數(shù)等于加上它的相反數(shù))。多項(xiàng)式中每個單項(xiàng)式叫做多項(xiàng)式的項(xiàng),這些單項(xiàng)式中的最高次數(shù),就是這個多項(xiàng)式的次數(shù)。
數(shù)學(xué)術(shù)語
多項(xiàng)式 polynomial
不含字母的項(xiàng)叫做常數(shù)項(xiàng)。如一式中:最高項(xiàng)的次數(shù)為5,此式有3個單項(xiàng)式組成,則稱其為:五次三項(xiàng)式。 比較廣義的定義,1個或0個單項(xiàng)式的和也算
多項(xiàng)式。按這個定義,多項(xiàng)式就是整式。實(shí)際上,還沒有一個只對狹義多項(xiàng)式起作用,對單項(xiàng)式不起的定理:0作為多項(xiàng)式時,次數(shù)為負(fù)無窮大。
多項(xiàng)式的加法
有限個單項(xiàng)式之和稱為多元多項(xiàng)式,簡稱多項(xiàng)式。不同類的單項(xiàng)式之和表示的多項(xiàng)式,其中系數(shù)不為零的單項(xiàng)式的最高次數(shù),稱為此多項(xiàng)式的次數(shù)?! 《囗?xiàng)式
的加法,是指多項(xiàng)式的同類項(xiàng)的系數(shù)相加(即合并同類項(xiàng))。多項(xiàng)式的乘法,是指把一個多項(xiàng)式中的每個單項(xiàng)式與另一個多項(xiàng)式中的每個單項(xiàng)式相乘之后相加,且合
并同類項(xiàng)?! 上x1,x2,…,xn的多項(xiàng)式全體所成的集合F【x1,x2,…,xn】,對于多項(xiàng)式的加法和乘法成為一個環(huán),是具有單位元素的整環(huán)。
域上的多元多項(xiàng)式也有因式分解惟一性定理。
多項(xiàng)式函數(shù)及多項(xiàng)式的根
給出多項(xiàng)式 f∈R[x1,...,xn] 以及一個 R-代數(shù) A。對 (a1...an)∈An,我們把 f 中的 xj 都換成
aj,得出一個 A 中的元素,記作 f(a1...an)。如此, f 可看作一個由 An 到 A 的函數(shù)。 若然
f(a1...an)=0,則 (a1...an) 稱作 f 的根或零點(diǎn)。 例如 f=x^2+1。若然考慮 x
是實(shí)數(shù)、復(fù)數(shù)、或矩陣,則 f 會無根、有兩個根、及有無限個根! 例如 f=x-y。若然考慮 x 是實(shí)數(shù)或復(fù)數(shù),則 f
的零點(diǎn)集是所有 (x,x) 的集合,是一個代數(shù)曲線。事實(shí)上所有代數(shù)曲線由此而來。 另外,若所有系數(shù)為實(shí)數(shù)多項(xiàng)式
P(x)有復(fù)數(shù)根Z,則Z的共軌復(fù)數(shù)也是根。 若P(x)有n個重疊的根,則 P‘(x) 有n-1個重疊根。即若
P(x)=(x-a)^nQ(x),則有 a 是 P’(x)的重疊根且有n-1個。
代數(shù)基本定理
代數(shù)基本定理是指所有一元 n 次(復(fù)數(shù))多項(xiàng)式都有 n 個(復(fù)數(shù))根。
多項(xiàng)式的幾何特性
多項(xiàng)式是簡單的連續(xù)函數(shù),它是平滑的,它的微分也必定是多項(xiàng)式?! √├斩囗?xiàng)式的精神便在于以多項(xiàng)式逼近一個平滑函數(shù),此外閉區(qū)間上的連續(xù)函數(shù)都可以寫成多項(xiàng)式的均勻極限。
任意環(huán)上的多項(xiàng)式
多項(xiàng)式可以推廣到系數(shù)在任意一個環(huán)的情形,請參閱條目多項(xiàng)式環(huán)。
帶余除法
若 ƒ(x)和g(x)是F【x】中的兩個多項(xiàng)式,且 g(x)≠0,則在F【x】中有多項(xiàng)式
q(x)和r(x),滿足ƒ(x)=q(x)g(x)+r(x),其中r(x)的次數(shù)小于g(x)的次數(shù),且只有一對q(x)和r(x)滿足這些條件。此
時q(x)
稱為g(x)除ƒ(x)的商式,r(x)稱為余式。當(dāng)g(x)=x-α時,則r(x)=ƒ(α)稱為余元,式中的α是F的元素。此時帶余除法具有形式
ƒ(x)=q(x)(x-α)+ƒ(α),稱為余元定理。g(x)是ƒ(x)的因式的充分必要條件是g(x)除ƒ(x)所得余式等于零。如果g(x)是
ƒ(x)的因式,那么也稱g(x)
能整除ƒ(x),或ƒ(x)能被g(x)整除。特別地,x-α是ƒ(x)的因式的充分必要條件是ƒ(α)=0,這時稱α是ƒ(x)的一個根?! ∪绻?
d(x)既是ƒ(x)的因式,又是g(x)的因式,那么稱d(x)是ƒ(x)與g(x)的一個公因式。如果d(x)是ƒ(x)與g(x)的一個公因式,并
且ƒ(x)與g(x)的任一個因式都是d(x)的因式,那么稱d(x)是ƒ(x)與g(x)的一個最大公因式。如果ƒ(x)=0,那么g(x)就是
ƒ(x)與g(x)的一個最大公因式。當(dāng)ƒ(x)與g(x)全不為零時,可以應(yīng)用輾轉(zhuǎn)相除法來求它們的最大公因式。
輾轉(zhuǎn)相除法
已知
F【x】中兩個不等于零的多項(xiàng)式ƒ(x)與g(x),用g(x)除ƒ(x)得商式q1(x)、余式r1(x)。若r1(x)=0,則g(x)就是ƒ(x)
與g(x)的一個最大公因式。若
r1(x)≠0,則用 r1(x)除
g(x)得商式q2(x)、余式r2(x)。若r2(x)=0,則r1就是ƒ(x)與g(x)的一個最大公因式。否則,如此輾轉(zhuǎn)相除下去,余式的次數(shù)不斷
降低,經(jīng)有限s次之后,必有余式為零。 利用輾轉(zhuǎn)相除法的算法,可將ƒ(x)與g(x)的最大公因式rs(x)表成ƒ(x)和g(x)的組合,而組合的
系數(shù)是F上的多項(xiàng)式?! ∪绻?#402;(x)與g(x)的最大公因式是零次多項(xiàng)式,那么稱ƒ(x)與g(x)是互素的。最大公因式和互素概念都可以推廣到幾個多
項(xiàng)式的情形?! ∪绻鸉【x】中的一個次數(shù)不小于1的多項(xiàng)式ƒ(x),不能表成
F【x】中的兩個次數(shù)較低的多項(xiàng)式的乘積,那么稱ƒ(x)是F上的一個不可約多項(xiàng)式。
任一多項(xiàng)式都可分解為不可約多項(xiàng)式的乘積。
惟一分解定理
F【x】中任一個次數(shù)不小于
1的多項(xiàng)式都可以分解為F上的不可約多項(xiàng)式的乘積,而且除去因式的次序以及常數(shù)因子外,分解的方法是惟一的。 當(dāng)F是復(fù)數(shù)域C時,根據(jù)代數(shù)基本定理,可
證C【x】中不可約多項(xiàng)式都是一次的。因此,每個復(fù)系數(shù)多項(xiàng)式都可分解成一次因式的連乘積。 當(dāng)F是實(shí)數(shù)域R時,由于實(shí)系數(shù)多項(xiàng)式的虛根是成對出現(xiàn)的,
即虛根的共軛數(shù)仍是根,因此R【x】中不可約多項(xiàng)式是一次的或二次的。所以每個實(shí)系數(shù)多項(xiàng)式都可以分解成一些一次和二次的不可約多項(xiàng)式的乘積。實(shí)系數(shù)二次
多項(xiàng)式αx2+bx+с不可約的充分必要條件是其判別式b2-4αс<0?! ‘?dāng)F是有理數(shù)域Q時,情況復(fù)雜得多。要判斷一個有理系數(shù)多項(xiàng)式是否不
可約,就較困難。應(yīng)用本原多項(xiàng)式理論,可把有理系數(shù)多項(xiàng)式的分解問題化為整系數(shù)多項(xiàng)式的分解問題。一個整系數(shù)多項(xiàng)式如其系數(shù)是互素的,則稱之為本原多項(xiàng)
式。每個有理系數(shù)多項(xiàng)式都可表成一個有理數(shù)及一個本原多項(xiàng)式的乘積。關(guān)于本原多項(xiàng)式有下述重要性質(zhì)。
高斯引理
兩個本原多項(xiàng)式的乘積是本原多項(xiàng)式?! ?yīng)用高斯引理可證,如果一個整系數(shù)多項(xiàng)式可以分解為兩個次數(shù)較低的有理系數(shù)多項(xiàng)式的乘積,那么它一定可以分解
為兩個整系數(shù)多項(xiàng)式的乘積。這個結(jié)論可用來判斷有理系數(shù)多項(xiàng)式的不可約性。關(guān)于Q【x】中多項(xiàng)式的不可約性的判斷,還有艾森斯坦判別法:對于整系數(shù)多項(xiàng)
式,如果有一個素數(shù)p能整除αn-1,αn-2,…,α1,α0,但不能整除αn,且p2不能整除常數(shù)項(xiàng)α0,那么ƒ(x)在Q上是不可約的。由此可知,
對于任一自然數(shù)n,在有理數(shù)域上xn-2是不可約的。因而,對任一自然數(shù)n,都有n次不可約的有理系數(shù)多項(xiàng)式。
插值多項(xiàng)式
在實(shí)際問題中,往往通過實(shí)驗(yàn)或觀測得出表示某種規(guī)律的數(shù)量關(guān)系y=F(x),通常只給出了F(x)在某些點(diǎn)xi上的函數(shù)值
yi=F(xi),j=1,2,…,n+1。即使有時給出了函數(shù)F(x)的解析表達(dá)式,倘若較為復(fù)雜,也不便于計算。因此,需要根據(jù)給定點(diǎn)
xi
上的函數(shù)值F(xi),求出一個既能反映F(x)的特性,又便于計算的簡單函數(shù)ƒ(x)來近似地代替F(x),此時ƒ(x)稱為F(x)的插值函
數(shù);x1,x2,…,xn+1,稱為插值節(jié)點(diǎn)。求插值函數(shù)的方法,稱為插值法?! 《囗?xiàng)式是一類簡單的初等函數(shù),而且任給兩組
數(shù):b1,b2,…,bn+1和各不相同的
с1,с2,…,сn+1,總有惟一的次數(shù)不超過n的多項(xiàng)式ƒ(x)滿足ƒ(сi)=bi,i=1,2,…,n+1。因此在實(shí)際應(yīng)用中常常取多項(xiàng)式作為插
值函數(shù)。作為插值函數(shù)的多項(xiàng)式,稱為插值多項(xiàng)式。插值多項(xiàng)式在計算數(shù)學(xué)插值中最常用。
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有理系數(shù)多項(xiàng)式
作 為因式分解定理的一個特殊情形,有每個次數(shù)≥1的有理系數(shù)多項(xiàng)式都能分解成不可約的有理系數(shù)多項(xiàng)式的乘積.但是對于任何一個給定的多項(xiàng)式,要具體地作出它 的分解式卻是一個很復(fù)雜的問題,即使要判別一個有理系數(shù)多項(xiàng)式是否可約也不是一個容易解決的問題,這一點(diǎn)是有理數(shù)域與復(fù)數(shù)域、實(shí)數(shù)域不同的.在這一節(jié)主要 是指出有理系數(shù)多項(xiàng)式的兩個重要事實(shí):第一,有理系數(shù)多項(xiàng)式的因式分解的問題,可以歸結(jié)為整(數(shù))系數(shù)多項(xiàng)式的因式分解問題,并進(jìn)而解決求有理系數(shù)多項(xiàng)式 的有理根的問題.第二,在有理系數(shù)多項(xiàng)式環(huán)中有任意次數(shù)的不可約多項(xiàng)式.
一、有理系數(shù)多項(xiàng)式的有理根
設(shè)
是一個有理系數(shù)多項(xiàng)式.選取適當(dāng)?shù)恼麛?shù)乘,總可以使 是一個整系數(shù)多項(xiàng)式.如果 的各項(xiàng)系數(shù)有公因子,就可以提出來,得到
,
也就是
其中是整系數(shù)多項(xiàng)式,且各項(xiàng)系數(shù)沒有異于±1的公因子.
如果一個非零的整系數(shù)多項(xiàng)式的系數(shù)沒有異于±1的公因子,也就是說它們是互素的,它就稱為一個本原多項(xiàng)式.上面的分析表明,任何一個非零的有理系數(shù)多項(xiàng)式都可以表示成一個有理數(shù)與一個本原多項(xiàng)式 的乘積,即
.
可以證明,這種表示法除了差一個正負(fù)號是唯一的.亦即,如果
,
其中都是本原多項(xiàng)式,那么必有
因?yàn)? 與只差一個常數(shù)倍,所以的因式分解問題,可以歸結(jié)為本原多項(xiàng)式的因式分解問題.下面進(jìn)一步指出,一個本原多項(xiàng)式能否分解成兩個次數(shù)較低的有理系數(shù)多項(xiàng)式的乘積與它能否分解成兩個次數(shù)較低的整系數(shù)多項(xiàng)式的乘積的問題是一致的.
定理10(Gauss 引理) 兩個本原多項(xiàng)式的乘積還是本原多項(xiàng)式.
定理11 如果一非零的整系數(shù)多項(xiàng)式能夠分解成兩個次數(shù)較低的有理系數(shù)多項(xiàng)式的乘積,那么它一定可以分解兩個次數(shù)較低的整系數(shù)多項(xiàng)式的乘積.
以上定理把有理系數(shù)多項(xiàng)式在有理數(shù)域上是否可約的問題歸結(jié)到整系數(shù)多項(xiàng)式能否分解成次數(shù)較低的整系數(shù)多項(xiàng)式的乘積的問題.
推論 設(shè) , 是整系數(shù)多項(xiàng)式,且 是本原多項(xiàng)式,如果,其中是有理系數(shù)多項(xiàng)式,那么 一定是整系數(shù)多項(xiàng)式.
這個推論提供了一個求整系數(shù)多項(xiàng)式的全部有理根的方法.
定理12 設(shè)
是一個整系數(shù)多項(xiàng)式.而是它的一個有理根,其中互素,那么
(1) ;特別如果 的首項(xiàng)系數(shù),那么的有理根都是整根,而且是 的因子.
(2)
其中是一個整系數(shù)多項(xiàng)式.
給了一個整系數(shù)多項(xiàng)式 ,設(shè)它的最高次項(xiàng)系數(shù)的因數(shù)是 ,常數(shù)項(xiàng)的因數(shù)是 那么根據(jù)定理12,欲求的有理根,只需對有限個有理數(shù)用綜合除法來進(jìn)行試驗(yàn).
當(dāng)有理數(shù)的個數(shù)很多時,對它們逐個進(jìn)行試驗(yàn)還是比較麻煩的.下面的討論能夠簡化計算.
首先,1和-1永遠(yuǎn)在有理數(shù) 中出現(xiàn),而計算與并不困難.另一方面,若有理數(shù) 是 的根,那么由定理12,
而也是一個整系數(shù)多項(xiàng)式.因此商
都應(yīng)該是整數(shù).這樣只需對那些使商都是整數(shù)的來進(jìn)行試驗(yàn).(我們可以假定 與 都不等于零.否則可以用 或 除 而考慮所得的商.)
例1 求多項(xiàng)式
的有理根.
例2 證明
在有理數(shù)域上不可約.
二、有理數(shù)域上多項(xiàng)式的可約性
定理13 (艾森斯坦(Eisenstein)判別法) 設(shè)
是一個整系數(shù)多項(xiàng)式.若有一個素數(shù) ,使得
1. ;
2. ;
3. .
則多項(xiàng)式在有理數(shù)域上不可約.
由艾森斯坦判斷法得到:
有理數(shù)域上存在任意次的不可約多項(xiàng)式.例如 .,其中 是任意正整數(shù).
艾森斯坦判別法的條件只是一個充分條件.
有時對于某一個多項(xiàng)式 ,艾森斯坦判斷法不能直接應(yīng)用,但把 適當(dāng)變形后,就可以應(yīng)用這個判斷法.
例3 設(shè) 是一個素數(shù),多項(xiàng)式
叫做一個分圓多項(xiàng)式,證明在中不可約.
證明:令 ,則由于
,
,
令 ,于是
,
由艾森斯坦判斷法,在有理數(shù)域上不可約,也在有理數(shù)域上不可約.
有理系數(shù)多項(xiàng)式
教學(xué)目的和要求
重
3 用Eisenstein判別法判定整系數(shù)多項(xiàng)式在有理數(shù)域上不可約。
難
教
關(guān)于有理系數(shù)多項(xiàng)式因式分解的主要結(jié)論有兩個:
本原多項(xiàng)式定義
注意本原多項(xiàng)式一定不為零。
設(shè)是一個不為零的有理系數(shù)多項(xiàng)式,先將的各項(xiàng)系數(shù)的公分母提出來,再將各項(xiàng)系數(shù)的大于1的最大公因子(如果有的話)提出來就得到 ,其中是一個不為零的有理數(shù),是本原多項(xiàng)式。
例如 .
結(jié)論1 每個不為零的有理系數(shù)多項(xiàng)式都可以表為一個有理數(shù)與一個本原多項(xiàng)式的乘積;這種表示法除了一個符號外是唯一的。
證明
,其中為互素的整數(shù),,
比較 兩邊同次項(xiàng)的系數(shù)知,的各項(xiàng)系數(shù)能被整除。這與 是本原多項(xiàng)式矛盾。▎
定理10 (高斯(Gauss)引理)兩個本原多項(xiàng)式的乘積還是本原多項(xiàng)式。
證明
都是本原多項(xiàng)式,
.
如果不是本原的,那么存在一個素數(shù)能夠整除它的各項(xiàng)系數(shù),因?yàn)? 都是本原的,所以 不能整除它們的各項(xiàng)系數(shù),設(shè) 分別是的按下標(biāo)從小到大第一個不能被 整除的系數(shù),則 , .
另一方面,由
即
知, (因?yàn)樗疫吀黜?xiàng)),從而 或 ,導(dǎo)致矛盾。▎
定理11 如果一個非零整系數(shù)多項(xiàng)式能夠分解成兩個次數(shù)較低的有理系數(shù)多項(xiàng)式 與的乘積,那么它一定能分解成兩個次數(shù)較低的整系數(shù)多項(xiàng)式的乘積。
, .故定理得證。▎
例如, .
用定理11的證明方法容易證明下面的
推論 如果整系數(shù)多項(xiàng)式可以表為一個本原多項(xiàng)式與一個有理系數(shù)多項(xiàng)式 的乘積,那么 一定是整系數(shù)的。▎
定理12 設(shè) 是整系數(shù)多項(xiàng)式的一個有理根,與 互素,則 .特別地,當(dāng) 時, 的有理根都是整數(shù)根,而且是 的因子。
證明
,其中 都是整數(shù)。
比較兩邊的系數(shù)得: .故 . ▎
例1 求 的有理根。
解 首項(xiàng)系數(shù) 的因子有 ,常數(shù)項(xiàng)的因子有,用常數(shù)項(xiàng)的因子做分子,首項(xiàng)系數(shù)的因子做分母的有理數(shù)有: ,根據(jù)定理12, 的有理根只能從這幾個數(shù)中產(chǎn)生,經(jīng)檢驗(yàn)是的有理根。
例2 證明,多項(xiàng)式在有理數(shù)域上不可約。
證明如果在有理數(shù)域上可約,那么它至少有一個一次因式,從而至少有一個有理根。由定理12, 的有理根只可能是 或 ,但經(jīng)檢驗(yàn)知 都不是的根。故在 上不可約。
注艾氏判別法是判定整系數(shù)多項(xiàng)式在有理數(shù)域上不可約的充分條件,但不是必要條件。也就是說,當(dāng)整系數(shù)多項(xiàng)式在有理數(shù)域上不可約時,不一定能找到素數(shù)使艾氏判別法的條件成立。
定理13(艾森斯坦因(Eisenstein)判別法)設(shè)
是一個整系數(shù)多項(xiàng)式,如果能夠找到一個素數(shù)能夠整除首項(xiàng)系數(shù)以外的各項(xiàng)系數(shù),但它的平方不能整除零次項(xiàng)系數(shù)(即常數(shù)項(xiàng)),那么在有理數(shù)域上不可約。
證明設(shè)在有理數(shù)域上可約,由定理11得
其中, 都是整數(shù), , , .比較(1)式兩邊同次項(xiàng)的系數(shù)得
,
因?yàn)?,所以 或 .但因 不能整除,所以不能同時整除 和 ,不妨設(shè) 只能整除 .由 不能同時整除 知它不能整除 ,設(shè) 是 中第一個不能被 整除的系數(shù),由 及知,從而
或 .導(dǎo)致矛盾。▎
例3 證明下列結(jié)論:
1)對于任何正整數(shù),多項(xiàng)式在有理數(shù)域上不可約;
2)當(dāng) 時,是無理數(shù)。
證明
2)顯然是的一個根,如果它還是一個有理數(shù),那么這個根就是有理根,因此當(dāng)時,可以在有理數(shù)域上分解出一個一次因式來,這與1)的結(jié)論相矛盾。
本例說明,在有理數(shù)域上存在任意次數(shù)的不可約多項(xiàng)式,因此有理系數(shù)多項(xiàng)式的因式分解問題遠(yuǎn)比復(fù)或?qū)嵪禂?shù)多項(xiàng)式的因式分解問題來得復(fù)雜。
例4 (當(dāng)定理使用)設(shè)是整系數(shù)多項(xiàng)式,試找出 和 是 的根的充要條件。
解
所以,是的根的充要條件是它的各項(xiàng)系數(shù)之和等于零。 是 的根的充要條件是它的奇次項(xiàng)系數(shù)的和等于偶次項(xiàng)系數(shù)的和。
習(xí)題選解
26 分別在復(fù)數(shù)范圍內(nèi)和實(shí)數(shù)范圍內(nèi)將因式分解。
解 多項(xiàng)式的個復(fù)數(shù)根為:
其中 , .
在復(fù)數(shù)范圍內(nèi): .
下面在實(shí)數(shù)范圍內(nèi)對作因式分解:
因?yàn)榈膫€根落在復(fù)平面內(nèi)以原點(diǎn)為中心的單位圓上,且平分單位圓,而此單位上只有與實(shí)軸相交的兩個點(diǎn)對應(yīng)的復(fù)數(shù)是實(shí)數(shù),所以的復(fù)數(shù)根中至多有兩個是實(shí)數(shù)。
若為奇數(shù),因?yàn)槭菍?shí)數(shù)根,所以由虛根成對定理知, 的其余 個根均為虛根,其中 落在上半圓周上,剩下的個虛根落在下半圓周上,它們是的共軛數(shù)。所以
若 是偶數(shù),則 和 是的兩個實(shí)數(shù)根,其余根是虛根,落在上半圓周上的虛根有 ,而落在下半圓周上的虛根是它們的共軛數(shù)。所以
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