Introducción
En la entradas anteriores se trataron algunos temas de identidades algebraicas y se profundizó en el binomio de Newton y la identidad de Gauss. En esta y la siguiente entrada hablaremos de polinomios. Por ahora, comenzaremos recordando las nociones básicas de la aritmética de polinomios y hablando un poco de la factorización de polinomios. Más adelante hablaremos del poderoso teorema de la identidad.
Recordatorio de polinomios
Tenemos que un polinomio de grado
Dicha expresión también podemos denotarla como
en donde
Los elementos
Nota: El polinomio cuyos coeficientes son todos ceros, se le conoce como el polinomio cero y no tiene grado.
Si dos polinomios son idénticos coeficiente por coeficiente, decimos que dichos polinomios son iguales. Esta noción será de utilidad más adelante en la entrada del teorema de la identidad.
Si todos los coeficientes de un polinomio son enteros, decimos que es un polinomio sobre los enteros. Si los coeficientes son números reales, entonces es un polinomio sobre los reales. De manera similar definimos a los polinomios sobre los racionales, los complejos o incluso sobre
Otra cosa que es de nuestro interés son las operaciones en los polinomios, y es que al igual que los números enteros, podemos sumar, multiplicar y dividir polinomios.
Algoritmo de la división para polinomios
Para los polinomios, al igual que en los números enteros, existe un algoritmo de la división. Este nos ayudará posteriormente para cuando queramos hacer factorización en polinomios.
Teorema. Sean los polinomios
donde
Ejemplo. Dados los polinomios
En efecto,
Algoritmo de Euclides para polinomios
Al igual que en los enteros, el algoritmo de la división es de ayuda para determinar el máximo común divisor entre dos polinomios: simplemente seguimos los pasos del algoritmo de Euclides. Es por ello que tenemos el siguiente resultado.
Teorema. Si tenemos dos polinomios
Aquí
Otra forma de ver o de entender el máximo común divisor entre dos polinomios es como el producto de todos aquellos factores que tienen en común.
Problema: Encuentra polinomios
Sugerencia pre-solución. Recuerda cómo encontrar el máximo común divisor de dos enteros usando el algoritmo de Euclides. Además, usa una factorización para cancelar el factor
Solución. Definamos
Notemos que la ecuación es equivalente a
Tendría que suceder entonces que
Aplicando el algoritmo de la división repetidamente, tenemos lo siguiente:
Esto muestra que
Así que podemos tomar a
El teorema del factor
Sea
Teorema El elemento
Veamos cómo aplicar este teorema en un ejemplo concreto.
Problema. Dado
Sugerencia pre-solución. Recuerda los resultados básicos de aritmética de los números complejos.
Solución. Por De Moivre tenemos que si
entonces
Así, tenemos que
Por otro lado,
Y como
Aplicando repetidamente el teorema del factor, tenemos que
Un problema para números algebraicos
Un número real es algebraico si es raíz de un polinomio sobre los números enteros.
Problema. Prueba que
Sugerencia pre-solución. Realiza operaciones de suma, resta y producto con
Solución. Tenemos que encontrar un polinomio
Si consideramos
Para
Así,
Ahora, si consideramos el polinomio
Tenemos que
Por lo tanto como el polinomio
Más problemas
Puedes encontrar más problemas de aritmética y factorización de polinomios en la Sección 4.2 del libro Problem Solving through Problems de Loren Larson.