Yhden muuttujan (x) algebrallinen
yhtälö on muotoa
P(x) = 0,
missä vasemman puolen polynomin kertoimet ovat
kokonaislukuja, mutt’eivät kaikki
nollia. Esim.
x²−3 = 0
on algebrallinen yhtälö, vasemman puolen kertoimina 1, 0 ja −3.
Yhtälön toteuttaa 3:n neliöjuuri (
3), joka täten on
eräs algebrallinen luku (engl. algebraic number, saks. die
algebraische Zahl, ransk. un nombre algébrique,
ruåts. algebraiskt tal, ven.
алгебраúческое
числό,
kr. αλγεβρικός
αριθμός , vir.
algebraline arv, kiin. 代数数 [dàishùshù]).¹
Tämä luku (kehitelmänä 1,73
...) on myös
kokonainen algebrallinen luku eli algebrallinen kokonaisluku
(olematta tavallinen kokonaisluku), koska yhtälössä on
korkeimman asteen termin kertoimena 1!
Kaikkien algebrallisten lukujen joukko on
ääretön, mutta
numeroituva.
Siihen kuuluvat myös kaikki rationaaliluvut.
Algebrallisilla kokonaisluvuilla on samantapainen
jaollisuusoppi kuin tavallisillakin
kokonaisluvuilla, mutta paljon rikkaampi.
Algebrallisten kokonaislukujen jaollisuutta
tarkastellaan
tavallisesti jonkin ns. algebrallisen lukukunnan puitteissa.
Esimerkin algebrallisesta lukukunnasta tarjoaa jostakin
neliöjuuriluvusta, kuten
3:sta, muodostettujen kaikkien
rationaalikertoimisten
neliöjuuripolynomien
joukko Q[
3].
Eräs tämmöinen neliöjuuripolynomi olisi
vaikkapa −¾+0,8
3+4(
3)², eli sehän on saatu polynomista
−¾+0,8x+4x²
sijoittamalla x:n arvoksi
3. Koska
neliöjuurten toiset (ja myös korkeammat) potenssit sieventyvät,
on tuokin neliöjuuripolynomi yksinkertaisesti vain
11¼+0,8
3.
On selvää, että kaikki muutkin
neliöjuuripolynomit “kutistuvat” korkeintaan
kaksitermisiksi eli muotoon r+s
3
(ns. kanoninen muoto), jossa r ja s ovat
rationaalilukuja.
Kaikkien mahdollisten r+s
3-muotoisten
lukujen joukko Q[
3] on tavallisten
peruslaskutoimitusten suhteen kunta.²
Kahden sellaisen luvun summa, erotus ja tulo on nimittäin helppo
todeta samantyyppisiksi luvuiksi. Lisäksi
päästään semmoisten lukujen osamäärästä
(a+b
3)
/(c+d
3)
aina ko. muotoon laventamalla lausekkeella
c−d
3 ja hieman muuntamalla. (Tarkastellusta kunnasta
voidaan siis käyttää myös merkintää
Q(
3).)
Kunnan Q[
3] luvut ovat kaikki
algebrallisia lukuja. Näistä ovat algebrallisia
kokonaislukuja ne m+n
3 (ja vain ne),
joissa m ja n ovat tavallisia kokonaislukuja.
(Tämä m+n
3 toteuttaa
näet yhtälön
x²−2mx+(m²−3n²) = 0,
kuten voit laskemalla havaitata.) Kaikista näistä
alg. kokonaisluvuista muodostuu rengas
Z[
3], jossa voi tarkastella lukujen jaollisuutta.
Kertolaskulla voi todentaa ko. renkaan kokonaisluvun
−5+
3 olevan kokonaislukujen 1+
3 ja
4−3
3 tulo. Kaksi viimeksimainittua ovat jopa
tuon renkaan alkulukuja suunnilleen samassa mielessä kuin
vaikkapa 2 ja −7 ovat tavallisten kokonaislukujen
renkaan Z alkulukuja. Siksi voi sanoa yhtälön
−5+
3 = (1+
3)(4−3
3)
esittävän alkutekijöihinjakoa samaan tapaan
kuin Z:ssa esim. yhtälö −14 = 2·(−7).
Koska −14 voidaan tietenkin yhtä hyvin esittää
myös tulona (−2)·7, niin alkutekijöihin jakaminen
näyttää Z:ssa hieman monikäsitteiseltä.
Tämä johtuu luonnollisesti vain siitä, että
yksikkötekijä (−1) on siirretty
tulon toisesta tekijästä toiseen:
(2)·((−1)·7) = ((−1)·2)·(7)
Periaatteessa samanlaista pientä
(mutta vain näennäistä) monikäsitteisyyttä
esiintyy Z[
3]-renkaassakin, eli
yksikkötekijöitä voidaan irroittaa alkutekijästä
ja kiinnittää toiseen alkutekijään.
Eräs renkaan yksiköistä on 2+
3; onhan se
yhtälön
(2+
3)(2−
3) = 1
perusteella 1:n tekijä. Jos se irrotetaan tulon
(1+
3)(4−3
3) ensimmäisestä
tekijästä ja kerrotaan sen toiseen tekijään, niin saadaan
uuden näköinen alkutekijäesitys
−5+
3 =
(−1+
3)(−1−2
3).
Uudet tekijät eivät “periaatteessa” kuitenkaan eroa
vanhoista sen enempää kuin 2·(−7)-tulon tekijät
(−2)·7-tulon tekijöistä;
2 ja −2 ovat toistensa liitännäistekijöitä,
samaten 1+
3 ja 1+
3,
niin ikään
−7 ja 7 ovat toistensa liitännäistekijöitä,
samoin 4−3
3 ja −1−2
3.
Toistensa liitännäistekijät ovat alkutekijöinä
tavallaan samanveroisia – ne saadaan toisistaan yksiköllä
kertomalla (ja yksikkö on tavallaan ykkösen veroinen)!
Mitä tulee algebrallisten kokonaislukujen renkaan
Z[
3] yksiköihin, niin niitä on
peräti äärettömän monta (eikä vain kaksi kpl. niin kuin
Z-renkaassa), nimittäin kaikki kokonaiset potenssit
(2+
3)n vastalukuineen eli siis esim. luvut
(2+
3)² = 7+4
3 ja
−(2+
3)−1 = −2+
3.
(
Kaikkien algebrallisten neliökuntien yksiköt
löytyvät periaatteessa
tästä!)
1 Jokainen rationaaliluku m/n on
ilmeisesti algebrallinen toteuttaessaan algebrallisen yhtälön
nxm = 0.
2 Q[
3]-kunta
sisältää alikuntanaan Q:n, eli kuntaan
kuuluvat myös kaikki rationaaliluvut r+0
3.
Kunta Q[
3] on siis
saatu Q:sta laajentamalla tätä
3:n
avulla eli adjungoimalla Q-kuntaan uusi luku
3.
Samaan tapaan voitaisiin esim. reaalilukujen kuntaan
R adjungoida uutena lukuna −1:n neliöjuuri eli
imaginaariyksikkö i, jolloin tuloksena olisi laajennuskunta
R[i] eli R(i) eli
kompleksilukujen kunta C. Tämän luvut ovat
siis “i-polynomeja” r+si, missä
r ja
s nyt ovat reaalilukuja. Kaikki kompleksiluvut eivät ole algebrallisia, vaan valtaosa
niistä on transsendenttilukuja.
Lisäjuttua
kompleksiluvuista!
Mathesis-sivulle