جلب التغيير الجذري

مخطط الحجة الراديكالية للواقع

في الجبر ، الجذر البرينغي أو الجذر الفائق لعدد حقيقي a هو الجذر الحقيقي الوحيد لكثير الحدود x5+x+أ.{\displaystyle x^{5}+x+a.}يُعرّف الراديكالي برينغx{\displaystyle x}كدالة جبرية لـأ{\displaystyle a}. إنها أبسط دالة جبرية لا يمكن التعبير عنها بدلالة الجذور .

جذر برينغ للعدد المركب a هو إما أي من الجذور الخمسة لكثير الحدود المذكور أعلاه (وبالتالي فهو متعدد القيم )، أو جذر محدد، يُختار عادةً بحيث يكون جذر برينغ ذا قيمة حقيقية عندما يكون a حقيقيًا ، ويكون دالة تحليلية في جوار خط الأعداد الحقيقية. ونظرًا لوجود أربع نقاط تفرع ، لا يمكن تعريف جذر برينغ كدالة متصلة على كامل المستوى المركب ، ويجب أن يستثني مجال اتصاله نقاط التفرع الأربعة .

أظهر جورج جيرارد أنه يمكن حل بعض المعادلات الخماسية في شكل مغلق باستخدام الجذور وجذور برينغ، والتي قدمها إرلاند برينغ .

في هذه المقالة، يُرمز إلى جذر برينغ للعدد a بالرمز التالي:BR(أ).{\displaystyle \operatorname {BR} (a).}في الواقع، إنها دالة غريبة، متناقصة بشكل رتيب، وغير محدودة، ذات سلوك تقاربي.BR(أ)-أ1/5{\displaystyle \operatorname {BR} (a)\sim -a^{1/5}}للكبيرأ{\displaystyle a}.

الأشكال الطبيعية

من الصعب إلى حد ما الحصول على حلول مباشرة للمعادلة من الدرجة الخامسة، والتي تحتوي على خمسة معاملات مستقلة في شكلها الأكثر عمومية: x5+أ4x4+أ3x3+أ2x2+أ1x+أ0=0.{\displaystyle x^{5}+a_{4}x^{4}+a_{3}x^{3}+a_{2}x^{2}+a_{1}x+a_{0}=0.}

تحاول الطرق المختلفة لحل المعادلة الخماسية التي تم تطويرها بشكل عام تبسيط المعادلة الخماسية باستخدام تحويلات تشيرنهاوس لتقليل عدد المعاملات المستقلة.

الشكل الخماسي الرئيسي

يمكن اختزال الصيغة الخماسية العامة إلى ما يُعرف بالصيغة الخماسية الرئيسية ، مع إزالة الحدود الرباعية والتكعيبية: y5+ج2y2+ج1y+ج0=0{\displaystyle y^{5}+c_{2}y^{2}+c_{1}y+c_{0}=0\,}

إذا كانت جذور معادلة من الدرجة الخامسة العامة ومعادلة من الدرجة الخامسة الرئيسية مرتبطة بتحويل تشيرنهاوس التربيعيyك=xك2+αxك+β،{\displaystyle y_{k}=x_{k}^{2}+\alpha x_{k}+\beta \,,} المعاملاتα{\displaystyle \alpha }وβ{\displaystyle \beta }يمكن تحديدها باستخدام المحصلة ، أو عن طريق مجموع قوى الجذور ومتطابقات نيوتن . وهذا يؤدي إلى نظام من المعادلات فيα{\displaystyle \alpha }وβ{\displaystyle \beta }تتكون من معادلة تربيعية ومعادلة خطية ، ويمكن استخدام أي من مجموعتي الحلول للحصول على المعاملات الثلاثة المقابلة للصيغة الخماسية الرئيسية. [ 1 ]

يستخدم هذا الشكل في حل فيليكس كلاين للمعادلة الخماسية. [ 2 ]

أحضر نموذج جيرارد

من الممكن تبسيط المعادلة الخماسية بشكل أكبر وإزالة الحد التربيعي، مما ينتج عنه الشكل الطبيعي لـ Bring Jerrard : v5+د1v+د0=0.{\displaystyle v^{5}+d_{1}v+d_{0}=0.} إن استخدام صيغ مجموع القوى مرة أخرى مع تحويل تكعيبي كما حاول تشيرنهاوس لا يُجدي نفعاً، لأن نظام المعادلات الناتج يُؤدي إلى معادلة من الدرجة السادسة. ولكن في عام 1796، وجد برينغ حلاً لهذه المشكلة باستخدام تحويل تشيرنهاوس من الدرجة الرابعة لربط جذور معادلة من الدرجة الخامسة الرئيسية بجذور معادلة برينغ - جيرارد من الدرجة الخامسة. vك=yك4+αyك3+βyك2+γyك+دلتا.{\displaystyle v_{k}=y_{k}^{4}+\alpha y_{k}^{3}+\beta y_{k}^{2}+\gamma y_{k}+\delta \,.}

أتاحت المعلمة الإضافية التي يوفرها هذا التحويل من الرتبة الرابعة لبرينغ تقليل درجات المعلمات الأخرى. وينتج عن ذلك نظام من خمس معادلات بستة مجاهيل، مما يستلزم حل معادلة تكعيبية ومعادلة تربيعية . وقد اكتشف جيرارد هذه الطريقة أيضًا عام 1852، [ 3 ] ولكن من المرجح أنه لم يكن على دراية بأعمال برينغ السابقة في هذا المجال. [ 1 ] (ص 92-93) يمكن إنجاز التحويل الكامل بسهولة باستخدام حزمة جبر حاسوبية مثل Mathematica [ 4 ] أو Maple . [ 5 ] وكما هو متوقع من تعقيد هذه التحويلات، يمكن أن تكون التعبيرات الناتجة ضخمة، لا سيما عند مقارنتها بالحلول الجذرية لمعادلات من درجات أقل، حيث تتطلب عدة ميغابايتات من مساحة التخزين لمعادلة خماسية عامة ذات معاملات رمزية. [ 4 ]

باعتبارها دالة جبرية، فإن حلول v5+د1v+د0=0{\displaystyle v^{5}+d_{1}v+d_{0}=0} تتضمن هذه المعادلة متغيرين، d1 و d0 ؛ ومع ذلك، فإن الاختزال في الواقع يكون إلى دالة جبرية لمتغير واحد، وهو مشابه جدًا للحل في الجذور، حيث يمكننا اختزال صيغة برينغ - جيرارد بشكل أكبر. على سبيل المثال ، إذا وضعنا z=v-د14{\displaystyle z={v \over {\sqrt[{4}]{-d_{1}}}}} ثم نختزل المعادلة إلى الشكل التالي z5-z+أ=0،{\displaystyle z^{5}-z+a=0\,,} والتي تتضمن z كدالة جبرية لمتغير واحدأ{\displaystyle a}، أينأ=د0(-د1)-5/4{\displaystyle a=d_{0}(-d_{1})^{-5/4}}. هذا الشكل مطلوب من قبل طريقة هيرميت-كرونيكر-بريوشي، وطريقة جلاسر، وطريقة كوكل-هارلي للمذيبات التفاضلية الموضحة أدناه.

يتم الحصول على شكل بديل عن طريق تحديد u=vد14{\displaystyle u={v \over {\sqrt[{4}]{d_{1}}}}} لهذا السبب. u5+u+ب=0،{\displaystyle u^{5}+u+b=0\,,} أينب=د0(د1)-5/4{\displaystyle b=d_{0}(d_{1})^{-5/4}}يُستخدم هذا الشكل لتعريف جذر Bring أدناه.

الشكل الطبيعي لبريوشي

يوجد شكل طبيعي آخر ذو مُعامل واحد للمعادلة من الدرجة الخامسة، يُعرف باسم شكل بريوشي الطبيعيw5-10جw3+45ج2w-ج2=0،{\displaystyle w^{5}-10Cw^{3}+45C^{2}w-C^{2}=0,} والتي يمكن اشتقاقها باستخدام تحويل تشيرنهاوس النسبي wك=λ+μxكxك2ج-3{\displaystyle w_{k}={\frac {\lambda +\mu x_{k}}{{\frac {x_{k}^{2}}{C}}-3}}} لربط جذور معادلة خماسية عامة بمعادلة بريوشي خماسية. قيم المعاملاتλ{\displaystyle \lambda }وμ{\displaystyle \mu }يمكن اشتقاقها باستخدام الدوال متعددة السطوح على كرة ريمان ، وهي مرتبطة بتقسيم جسم ذي تناظر عشريني الوجوه إلى خمسة أجسام ذات تناظر رباعي الوجوه . [ 6 ]

يُعدّ تحويل تشيرنهاوس هذا أبسط بكثير من التحويل المعقد المستخدم لتحويل معادلة خماسية رئيسية إلى صيغة برينغ - جيرارد. وتُستخدم هذه الصيغة المعيارية في طريقة دويل - ماكمولين التكرارية وطريقة كيبرت.

تمثيل المسلسل

يمكن اشتقاق متسلسلة تايلور لجذور برينغ، بالإضافة إلى تمثيلها بدلالة الدوال فوق الهندسية، على النحو التالي. المعادلةx5+x+أ=0{\displaystyle x^{5}+x+a=0}يمكن إعادة كتابتها على النحو التاليx5+x=-أ.{\displaystyle x^{5}+x=-a.}عن طريق الضبطو(x)=x5+x،{\displaystyle f(x)=x^{5}+x,}الحل المطلوب هوx=و-1(-أ)=-و-1(أ){\displaystyle x=f^{-1}(-a)=-f^{-1}(a)}منذو(x){\displaystyle f(x)}هذا غريب.

سلسلة لـو-1{\displaystyle f^{-1}}ويمكن الحصول عليها بعد ذلك عن طريق عكس متسلسلة تايلور لـو(x){\displaystyle f(x)}(وهو ببساطةx+x5{\displaystyle x+x^{5}})، مما يعطي BR(أ)=-و-1(أ)=ك=0(5كك)(-1)ك+1أ4ك+14ك+1=-أ+أ5-5أ9+35أ13-285أ17+،{\displaystyle \operatorname {BR} (a)=-f^{-1}(a)=\sum _{k=0}^{\infty }{\binom {5k}{k}}{\frac {(-1)^{k+1}a^{4k+1}}{4k+1}}=-a+a^{5}-5a^{9}+35a^{13}-285a^{17}+\cdots ,} حيث تشكل القيم المطلقة للمعاملات المتتالية A002294 في OEIS . نصف قطر تقارب المتسلسلة هو4/(554)0.53499.{\displaystyle 4/(5\cdot {\sqrt[{4}]{5}})\approx 0.53499.}

في الشكل الهندسي الفائق ، يمكن كتابة جذر برينغ على النحو التالي [ 4 ]BR(أ)=-أ4F3(15،25،35،45؛12،34،54؛-5(5أ4)4).{\displaystyle \operatorname {BR} (a)=-a\,\,_{4}F_{3}\left({\frac {1}{5}},{\frac {2}{5}},{\frac {3}{5}},{\frac {4}{5}};{\frac {1}{2}},{\frac {3}{4}},{\frac {5}{4}};-5\left({\frac {5a}{4}}\right)^{4}\right).}

حل المعادلة الخماسية العامة

جذور متعددة الحدود x5+صx+q{\displaystyle x^{5}+px+q} ويمكن التعبير عنها بدلالة جذر برينغ كما يلي ص4BR(ص-54q){\displaystyle {\sqrt[{4}]{p}}\,\operatorname {BR} \left(p^{-{\frac {5}{4}}}q\right)}ومرافقاتها الأربعة . تُختزل المسألة الآن إلى صيغة برينغ-جيرارد بدلالة معادلات متعددة الحدود قابلة للحل، وباستخدام تحويلات تتضمن تعابير متعددة الحدود في الجذور حتى الدرجة الرابعة فقط، مما يعني أنه يمكن عكس التحويل بإيجاد جذور متعددة حدود قابلة للحل في الجذور. تُعطي هذه الطريقة حلولًا دخيلة، ولكن عند إيجاد الحلول الصحيحة بالوسائل العددية، يمكن كتابة جذور المعادلة من الدرجة الخامسة بدلالة الجذور التربيعية والتكعيبية وجذر برينغ، وهو بالتالي حل جبري بدلالة الدوال الجبرية (المعرفة على نطاق واسع لتشمل جذور برينغ) لمتغير واحد - حل جبري للمعادلة العامة من الدرجة الخامسة.

توصيفات أخرى

تم تطوير العديد من التوصيفات الأخرى لجذر برينغ، أولها من حيث "المتسامية الإهليلجية" (المتعلقة بالوظائف الإهليلجية والنمطية ) بواسطة تشارلز هيرميت في عام 1858، بالإضافة إلى طرق أخرى طورها علماء رياضيات آخرون في وقت لاحق.

توصيف هيرميت-كرونيكر-بريوشي

في عام 1858، نشر تشارلز هيرميت [ 7 ] أول حل معروف للمعادلة الخماسية العامة بدلالة "الدوال المتسامية الإهليلجية"، وفي نفس الفترة تقريبًا، توصل فرانشيسكو بريوشي [ 8 ] وليوبولد كرونكر [ 9 ] إلى حلول مكافئة. توصل هيرميت إلى هذا الحل بتعميم الحل المعروف للمعادلة التكعيبية بدلالة الدوال المثلثية، ووجد حلًا للمعادلة الخماسية بصيغة برينغ - جيرارد. x5-x+أ=0{\displaystyle x^{5}-x+a=0}

والتي يمكن اختزال أي معادلة من الدرجة الخامسة إليها باستخدام تحويلات تشيرنهاوس كما هو موضح. ولاحظ أن للدوال الإهليلجية دورًا مماثلًا في حل معادلة برينغ - جيرارد من الدرجة الخامسة كما هو الحال بالنسبة للدوال المثلثية في حل المعادلة من الدرجة الثالثة.ك{\displaystyle K}وك،{\displaystyle K',}اكتبها على شكل تكاملات إهليلجية كاملة من النوع الأول : ك(ك)=0π2دφ1-ك2الخطيئة2φ{\displaystyle K(k)=\int _{0}^{\frac {\pi }{2}}{\frac {d\varphi }{\sqrt {1-k^{2}\sin ^{2}\varphi }}}}ك(ك)=0π2دφ1-ك2الخطيئة2φ{\displaystyle K'(k)=\int _{0}^{\frac {\pi }{2}}{\frac {d\varphi }{\sqrt {1-k'^{2}\sin ^{2}\varphi }}}} أين ك2+ك2=1.{\displaystyle k^{2}+k'^{2}=1.} عرّف "المتساميين الإهليلجيين": [ ملاحظة 1 ]φ(τ)=ج=1tanh(2ج-1)πأنا2τ=2هـπأناτ/8ج=11+هـ2جπأناτ1+هـ(2ج-1)πأناτ،أناτ>0{\displaystyle \varphi (\tau )=\prod _{j=1}^{\infty }\tanh {\frac {(2j-1)\pi i}{2\tau }}={\sqrt {2}}e^{\pi i\tau /8}\prod _{j=1}^{\infty }{\frac {1+e^{2j\pi i\tau }}{1+e^{(2j-1)\pi i\tau }}},\quad \operatorname {Im} \tau >0}ψ(τ)=ج=1tanh(2ج-1)πτ2أنا،أناτ>0{\displaystyle \psi (\tau )=\prod _{j=1}^{\infty }\tanh {\frac {(2j-1)\pi \tau }{2i}},\quad \operatorname {Im} \tau >0} ويمكن تعريفها بشكل مكافئ بواسطة متسلسلات لانهائية: [ ملاحظة 2 ]φ(τ)=2هـπأناτ/8جZهـ(2ج2+ج)πأناτجZهـج2πأناτ=2هـπأناτ/8(1-هـπأناτ+2هـ2πأناτ-3هـ3πأناτ+4هـ4πأناτ-6هـ5πأناτ+9هـ6πأناτ-)،أناτ>0ψ(τ)=جZ(-1)جهـ2ج2πأناτجZهـج2πأناτ=1-2هـπأناτ+2هـ2πأناτ-4هـ3πأناτ+6هـ4πأناτ-8هـ5πأناτ+12هـ6πأناτ-،أناτ>0{\displaystyle {\begin{aligned}\varphi (\tau )&={\sqrt {2}}e^{\pi i\tau /8}{\frac {\sum _{j\in \mathbb {Z} }e^{(2j^{2}+j)\pi i\tau }}{\sum _{j\in \mathbb {Z} }e^{j^{2}\pi i\tau }}}\\&={\sqrt {2}}e^{\pi i\tau /8}(1-e^{\pi i\tau }+2e^{2\pi i\tau }-3e^{3\pi i\tau }+4e^{4\pi i\tau }-6e^{5\pi i\tau }+9e^{6\pi i\tau }-\cdots ),\quad \operatorname {Im} \tau >0\\\psi (\tau )&={\frac {\sum _{j\in \mathbb {Z} }(-1)^{j}e^{2j^{2}\pi i\tau }}{\sum _{j\in \mathbb {Z} }e^{j^{2}\pi i\tau }}}\\&=1-2e^{\pi i\tau }+2e^{2\pi i\tau }-4e^{3\pi i\tau }+6e^{4\pi i\tau }-8e^{5\pi i\tau }+12e^{6\pi i\tau }-\cdots ,\quad \operatorname {Im} \tau >0\end{aligned}}}

إذا كان n عددًا أوليًا ، فيمكننا تحديد قيمتينu{\displaystyle u}وv{\displaystyle v}على النحو التالي: u=φ(نτ){\displaystyle u=\varphi (n\tau )} و v=φ(τ){\displaystyle v=\varphi (\tau )}

عندما يكون n عددًا أوليًا فرديًا، فإن المعاملاتu{\displaystyle u}وv{\displaystyle v}ترتبط هذه العناصر بمعادلة من الدرجة n  +  1 فيu{\displaystyle u}، [ ملاحظة 3 ]Ωن(u،v)=0{\displaystyle \Omega _{n}(u,v)=0}، والمعروفة باسم المعادلة المعيارية ، والتين+1{\displaystyle n+1}جذور فيu{\displaystyle u}يتم تحديدها بواسطة: [ 10 ] [ ملاحظة 4 ]u=φ(نτ){\displaystyle u=\varphi (n\tau )} و u=ε(ن)φ(τ+16من){\displaystyle u=\varepsilon (n)\varphi \left({\frac {\tau +16m}{n}}\right)} أينε(ن){\displaystyle \varepsilon (n)}تكون القيمة 1 أو -1 اعتمادًا على ما إذا كان 2 باقيًا تربيعيًا modulo n أم لا، على التوالي، [ ملاحظة 5 ] وم{0،1،...،ن-1}{\displaystyle m\in \{0,1,\ldots ,n-1\}}بالنسبة لـ n  =  5، لدينا المعادلة المعيارية: [ 11 ]Ω5(u،v)=0u6-v6+5u2v2(u2-v2)+4uv(1-u4v4)=0{\displaystyle \Omega _{5}(u,v)=0\iff u^{6}-v^{6}+5u^{2}v^{2}(u^{2}-v^{2})+4uv(1-u^{4}v^{4})=0} بستة جذور فيu{\displaystyle u}كما هو موضح أعلاه.

المعادلة المعيارية معن=5{\displaystyle n=5}قد تكون مرتبطة بـ Bring Jerard quintic من خلال الوظيفة التالية للجذور الستة للمعادلة المعيارية (في Hermite's Sur la théorie des équations modulaires et la résolution de l'équation du cinquième degré ، تم إعطاء العامل الأول بشكل غير صحيح كـ[φ(5τ)+φ(τ/5)]{\displaystyle [\varphi (5\tau )+\varphi (\tau /5)]}): [ 12 ]

Φ(τ)=[-φ(5τ)-φ(τ5)][φ(τ+165)-φ(τ+645)][φ(τ+325)-φ(τ+485)]{\displaystyle \Phi (\tau )=\left[-\varphi (5\tau )-\varphi \left({\frac {\tau }{5}}\right)\right]\left[\varphi \left({\frac {\tau +16}{5}}\right)-\varphi \left({\frac {\tau +64}{5}}\right)\right]\left[\varphi \left({\frac {\tau +32}{5}}\right)-\varphi \left({\frac {\tau +48}{5}}\right)\right]}

أو بدلاً من ذلك، الصيغة [ 13 ]Φ(τ)=210هـ3πأناτ/40(1+هـπأناτ/5-هـ2πأناτ/5+هـ3πأناτ/5-8هـπأناτ-9هـ6πأناτ/5+8هـ7πأناτ/5-9هـ8πأناτ/5+){\displaystyle \Phi (\tau )=2{\sqrt {10}}e^{3\pi i\tau /40}(1+e^{\pi i\tau /5}-e^{2\pi i\tau /5}+e^{3\pi i\tau /5}-8e^{\pi i\tau }-9e^{6\pi i\tau /5}+8e^{7\pi i\tau /5}-9e^{8\pi i\tau /5}+\cdots )} يُعد مفيدًا للتقييم العددي لـΦ(τ){\displaystyle \Phi (\tau )}بحسب هيرميت، فإن معاملهـنπأناτ/5{\displaystyle e^{n\pi i\tau /5}}في التوسع، يكون الصفر لكلن4(تعديل5){\displaystyle n\equiv 4\,(\operatorname {mod} 5)}[ 14 ]

الكميات الخمسΦ(τ){\displaystyle \Phi (\tau )}،Φ(τ+16){\displaystyle \Phi (\tau +16)}،Φ(τ+32){\displaystyle \Phi (\tau +32)}،Φ(τ+48){\displaystyle \Phi (\tau +48)}،Φ(τ+64){\displaystyle \Phi (\tau +64)}هي جذور معادلة من الدرجة الخامسة بمعاملات نسبية فيφ(τ){\displaystyle \varphi (\tau )}[ 15 ]Φ5-2000φ4(τ)ψ16(τ)Φ-6455φ3(τ)ψ16(τ)[1+φ8(τ)]=0{\displaystyle \Phi ^{5}-2000\varphi ^{4}(\tau )\psi ^{16}(\tau )\Phi -64{\sqrt {5^{5}}}\varphi ^{3}(\tau )\psi ^{16}(\tau )\left[1+\varphi ^{8}(\tau )\right]=0} والتي يمكن تحويلها بسهولة إلى صيغة برينغ جيرارد عن طريق الاستبدال: Φ=21254φ(τ)ψ4(τ)x{\displaystyle \Phi =2{\sqrt[{4}]{125}}\varphi (\tau )\psi ^{4}(\tau )x} مما يؤدي إلى خماسية برينغ جيرارد: x5-x+أ=0{\displaystyle x^{5}-x+a=0} أين

وتتلخص طريقة هيرميت كرونكر – بريوشي في إيجاد قيمة لـτ{\displaystyle \tau }وهذا يتوافق مع قيمةأ{\displaystyle a}ثم باستخدام تلك القيمة منτ{\displaystyle \tau }للحصول على جذور المعادلة المعيارية المقابلة. يمكننا استخدام خوارزميات إيجاد الجذور لإيجادτ{\displaystyle \tau }من المعادلة (*) (أي احسب معكوسًا جزئيًا لـأ{\displaystyle a}). تربيع (*) يعطي معادلة من الدرجة الرابعة فقط فيφ4(τ){\displaystyle \varphi ^{4}(\tau )}(استخدامφ8(τ)+ψ8(τ)=1{\displaystyle \varphi ^{8}(\tau )+\psi ^{8}(\tau )=1}كل حل (فيτ{\displaystyle \tau }) من (*) هو حل للمعادلة الرباعية ولكن ليس كل حل للمعادلة الرباعية هو حل لـ (*).

تُعطى جذور معادلة برينغ – جيرارد الخماسية على النحو التالي:xر=Φ(τ+16ر)21254φ(τ)ψ4(τ){\displaystyle x_{r}={\frac {\Phi (\tau +16r)}{2{\sqrt[{4}]{125}}\varphi (\tau )\psi ^{4}(\tau )}}} لر=0،...،4{\displaystyle r=0,\ldots ,4}.

أما النهج البديل "التكاملي" فهو كالتالي:

يعتبرx5-x+أ=0{\displaystyle x^{5}-x+a=0}أينأج{0}.{\displaystyle a\in \mathbb {C} \setminus \{0\}.}ثم τ=أناك(ك)ك(ك){\displaystyle \tau =i{\frac {K'(k)}{K(k)}}} هو حل لـ أ=s2[1+φ8(τ)]554φ2(τ)ψ4(τ){\displaystyle a=s{\frac {2[1+\varphi ^{8}(\tau )]}{{\sqrt[{4}]{5^{5}}}\varphi ^{2}(\tau )\psi ^{4}(\tau )}}} أين s={-علامةأناأ لو يكررأ=0علامةيكررأ لو يكررأ0،{\displaystyle s={\begin{cases}-\operatorname {sgn} \operatorname {Im} a&{\text{ if }}\operatorname {Re} a=0\\\operatorname {sgn} \operatorname {Re} a&{\text{ if }}\operatorname {Re} a\neq 0,\end{cases}}}

أ=أ5542.{\displaystyle A={\frac {a{\sqrt[{4}]{5^{5}}}}{2}}.}

جذور المعادلة (**) هي: ك=لون برونزيα4،لون برونزيα+2π4،لون برونزيπ-α4،لون برونزي3π-α4{\displaystyle k=\tan {\frac {\alpha }{4}},\tan {\frac {\alpha +2\pi }{4}},\tan {\frac {\pi -\alpha }{4}},\tan {\frac {3\pi -\alpha }{4}}} أينالخطيئةα=4/أ2{\displaystyle \sin \alpha =4/A^{2}}[ 13 ] (لاحظ أن بعض المراجع المهمة تذكرها خطأً على أنهاالخطيئةα=1/(4أ2){\displaystyle \sin \alpha =1/(4A^{2})}[ 6 ] [ 7 ] ). يمكن استخدام أحد هذه الجذور كمعامل إهليلجي.ك{\displaystyle k}.

تُعطى جذور معادلة برينغ – جيرارد الخماسية على النحو التالي:xر=-sΦ(τ+16ر)21254φ(τ)ψ4(τ){\displaystyle x_{r}=-s{\frac {\Phi (\tau +16r)}{2{\sqrt[{4}]{125}}\varphi (\tau )\psi ^{4}(\tau )}}} لر=0،...،4{\displaystyle r=0,\ldots ,4}.

يمكن ملاحظة أن هذه العملية تستخدم تعميمًا للجذر النوني ، والذي يمكن التعبير عنه على النحو التالي: xن=خبرة(1نlnx){\displaystyle {\sqrt[{n}]{x}}=\exp \left({{\frac {1}{n}}\ln x}\right)} أو بتعبير أدق، كما xن=خبرة(1ن1xدتت)=خبرة(1نخبرة-1x).{\displaystyle {\sqrt[{n}]{x}}=\exp \left({\frac {1}{n}}\int _{1}^{x}{\frac {dt}{t}}\right)=\exp \left({\frac {1}{n}}\exp ^{-1}x\right).} تستبدل طريقة هيرميت كرونكر بريوشي بشكل أساسي الدالة الأسية بدالة "متسامية إهليلجية"، والتكامل1xدت/ت{\textstyle \int _{1}^{x}dt/t}(أو عكسخبرة{\displaystyle \exp }على خط الأعداد الحقيقية) بواسطة تكامل إهليلجي (أو بواسطة معكوس جزئي لـ "دالة إهليلجية متسامية"). اعتقد كرونكر أن هذا التعميم حالة خاصة من نظرية أكثر عمومية، قابلة للتطبيق على المعادلات ذات الدرجة العالية كيفما كانت. هذه النظرية، المعروفة بصيغة توماي ، صاغها هيروشي أوميمورا [ 16 ] بالكامل عام 1984، مستخدمًا صيغ سيجل النمطية بدلًا من الدوال الأسية/الإهليلجية المتسامية، واستبدل التكامل بتكامل فوق إهليلجي .

طريقة المذيبات التفاضلية

قام جيمس كوكل [ 17 ] وروبرت هارلي [ 18 ] ، في عام 1860، بتطوير طريقة لحل المعادلة الخماسية باستخدام المعادلات التفاضلية. ويعتبران الجذور دوالًا للمعاملات، ويحسبان مُحلِّلًا تفاضليًا بناءً على هذه المعادلات. وتُعبَّر معادلة برينغ - جيرارد الخماسية كدالة: و(x)=x5-x+أ{\displaystyle f(x)=x^{5}-x+a} ووظيفةϕ(أ){\displaystyle \,\phi (a)\,}يتم تحديد ذلك بحيث: و[ϕ(أ)]=0{\displaystyle f[\phi (a)]=0}

الوظيفةϕ{\displaystyle \phi }يجب أن تحقق أيضًا المعادلات التفاضلية الأربع التالية: دو[ϕ(أ)]دأ=0د2و[ϕ(أ)]دأ2=0د3و[ϕ(أ)]دأ3=0د4و[ϕ(أ)]دأ4=0{\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {df[\phi (a)]}{da}}=0\\[6pt]{\frac {d^{2}f[\phi (a)]}{da^{2}}}=0\\[6pt]{\frac {d^{3}f[\phi (a)]}{da^{3}}}=0\\[6pt]{\frac {d^{4}f[\phi (a)]}{da^{4}}}=0\end{aligned}}}

يؤدي توسيع هذه العناصر ودمجها معًا إلى الحصول على المُحلِّل التفاضلي: (256-3125أ4)1155د4ϕدأ4-6250أ3231د3ϕدأ3-4875أ277د2ϕدأ2-2125أ77دϕدأ+ϕ=0{\displaystyle {\frac {(256-3125a^{4})}{1155}}{\frac {d^{4}\phi }{da^{4}}}-{\frac {6250a^{3}}{231}}{\frac {d^{3}\phi }{da^{3}}}-{\frac {4875a^{2}}{77}}{\frac {d^{2}\phi }{da^{2}}}-{\frac {2125a}{77}}{\frac {d\phi }{da}}+\phi =0}

يعتمد حل المعادلة التفاضلية، وهي معادلة تفاضلية عادية من الرتبة الرابعة، على أربعة ثوابت للتكامل ، يجب اختيارها بحيث تحقق المعادلة الأصلية من الدرجة الخامسة. هذه معادلة تفاضلية عادية من نوع فوكسيان، من النوع الهندسي الفائق، [ 19 ] ويتضح أن حلها مطابق لسلسلة الدوال الهندسية الفائقة التي ظهرت في اشتقاق جلاسر أعلاه. [ 5 ]

يمكن تعميم هذه الطريقة لتشمل المعادلات ذات الدرجات العالية كيفما كانت، والتي تكون حلولها عبارة عن معادلات تفاضلية جزئية ، وتتضمن حلولها دوالًا فوق هندسية لعدة متغيرات. [ 20 ] [ 21 ] وتُعطى صيغة عامة للحلول التفاضلية لكثيرات الحدود أحادية المتغير كيفما كانت بواسطة صيغة مجموع القوى لناهاي . [ 22 ] [ 23 ]

تكرار دويل-ماكمولين

في عام 1989، اشتق بيتر دويل وكورت ماكمولين طريقة تكرارية [ 24 ] تحل معادلة من الدرجة الخامسة في شكل بريوشي الطبيعي: x5-10جx3+45ج2x-ج2=0.{\displaystyle x^{5}-10Cx^{3}+45C^{2}x-C^{2}=0.} تتم عملية التكرار على النحو التالي:

  1. تعيينZ=1-1728ج{\displaystyle Z=1-1728C}
  2. احسب الدالة الكسريةتيZ(w)=w-12ز(Z،w)ز(Z،w){\displaystyle T_{Z}(w)=w-12{\frac {g(Z,w)}{g'(Z,w)}}}أينز(Z،w){\displaystyle g(Z,w)}هي دالة متعددة الحدود معطاة أدناه، وز{\displaystyle g'}هو مشتق منز(Z،w){\displaystyle g(Z,w)}بالنسبة إلىw{\displaystyle w}
  3. أعادتيZ[تيZ(w)]{\displaystyle T_{Z}[T_{Z}(w)]}ابدأ بتخمين عشوائي حتى يتقارب. سمِّ هذه النقطة بالنقطة النهائية .w1{\displaystyle w_{1}}ودعw2=تيZ(w1){\displaystyle w_{2}=T_{Z}(w_{1})\,}.
  4. الحوسبةμأنا=100Z(Z-1)ح(Z،wأنا)ز(Z،wأنا){\displaystyle \mu _{i}={\frac {100Z(Z-1)h(Z,w_{i})}{g(Z,w_{i})}}}أينح(Z،w){\displaystyle h(Z,w)}دالة كثيرة الحدود معطاة أدناه. قم بذلك لكليهماw1{\displaystyle w_{1}\,}وw2=تيZ(w1){\displaystyle w_{2}=T_{Z}(w_{1})\,}.
  5. وأخيرًا، احسبxأنا=(9+15أنا)μأنا+(9-15أنا)μ3-أنا90{\displaystyle x_{i}={\frac {(9+{\sqrt {15}}i)\mu _{i}+(9-{\sqrt {15}}i)\mu _{3-i}}{90}}}لـ i = 1، 2. هذان هما اثنان من جذور معادلة بريوشي الخماسية.

الدالتان متعددتا الحدودز(Z،w){\displaystyle g(Z,w)\,}وح(Z،w){\displaystyle h(Z,w)\,}وهي كالتالي: ز(Z،w)=91125Z6+(-133650w2+61560w-193536)Z5+(-66825w4+142560w3+133056w2-61140w+102400)Z4+(5940w6+4752w5+63360w4-140800w3)Z3+(-1485w8+3168w7-10560w6)Z2+(-66w10+440w9)Z+w12ح(Z،w)=(1215w-648)Z4+(-540w3-216w2-1152w+640)Z3+(378w5-504w4+960w3)Z2+(36w7-168w6)Z-w9{\displaystyle {\begin{aligned}g(Z,w)={}&91125Z^{6}\\&{}+(-133650w^{2}+61560w-193536)Z^{5}\\&{}+(-66825w^{4}+142560w^{3}+133056w^{2}-61140w+102400)Z^{4}\\&{}+(5940w^{6}+4752w^{5}+63360w^{4}-140800w^{3})Z^{3}\\&{}+(-1485w^{8}+3168w^{7}-10560w^{6})Z^{2}\\&{}+(-66w^{10}+440w^{9})Z\\&{}+w^{12}\\[8pt]h(Z,w)={}&(1215w-648)Z^{4}\\&{}+(-540w^{3}-216w^{2}-1152w+640)Z^{3}\\&{}+(378w^{5}-504w^{4}+960w^{3})Z^{2}\\&{}+(36w^{7}-168w^{6})Z\\&{}-w^{9}\end{aligned}}}

تُنتج هذه الطريقة التكرارية جذرين للمعادلة من الدرجة الخامسة. ويمكن الحصول على الجذور الثلاثة المتبقية باستخدام القسمة التركيبية لفصل هذين الجذرين، مما ينتج عنه معادلة من الدرجة الثالثة. ونظرًا لصياغة التكرار، يبدو أن هذه الطريقة تجد دائمًا جذرين مترافقين مركبين للمعادلة من الدرجة الخامسة حتى عندما تكون جميع معاملات المعادلة من الدرجة الخامسة حقيقية، وكذلك القيمة الابتدائية. هذه الطريقة التكرارية مشتقة من تناظرات المجسم العشري الوجوه ، وهي وثيقة الصلة بالطريقة التي وصفها فيليكس كلاين في كتابه. [ 2 ]

انظر أيضاً

مراجع

ملحوظات

  1. φ8(τ)+ψ8(τ)=1{\displaystyle \varphi ^{8}(\tau )+\psi ^{8}(\tau )=1}وψ(τ)=φ(-1/τ).{\displaystyle \psi (\tau )=\varphi (-1/\tau ).}ترتبط هذه الدوال بدوال جاكوبي ثيتا من خلالφ2(τ)=ϑ10(0؛τ)/ϑ٠٠(0؛τ){\displaystyle \varphi ^{2}(\tau )=\vartheta _{10}(0;\tau )/\vartheta _{00}(0;\tau )}وψ2(τ)=ϑ01(0؛τ)/ϑ٠٠(0؛τ).{\displaystyle \psi ^{2}(\tau )=\vartheta _{01}(0;\tau )/\vartheta _{00}(0;\tau ).}
  2. تُعطى معاملات متسلسلات فورييه كما يلي: إذاφ(τ)=2هـπأناτ/8ج=0ججهـجπأناτ{\textstyle \varphi (\tau )={\sqrt {2}}e^{\pi i\tau /8}\sum _{j=0}^{\infty }c_{j}e^{j\pi i\tau }}وψ(τ)=ج=0ججهـجπأناτ{\textstyle \psi (\tau )=\sum _{j=0}^{\infty }c_{j}'e^{j\pi i\tau }}، ثمجن=1ن(د|ندأد+ك=1ن-1(د|كدأد)جن-ك){\textstyle c_{n}={\frac {1}{n}}\left(\sum _{d|n}da_{d}+\sum _{k=1}^{n-1}\left(\sum _{d|k}da_{d}\right)c_{n-k}\right)}وجن=1ن(د|ندأد+ك=1ن-1(د|كدأد)جن-ك){\textstyle c_{n}'={\frac {1}{n}}\left(\sum _{d|n}da_{d}'+\sum _{k=1}^{n-1}\left(\sum _{d|k}da_{d}'\right)c_{n-k}'\right)}أينن1{\displaystyle n\geq 1}،ج0=ج0=1{\displaystyle c_{0}=c_{0}'=1}،أ1=-1{\displaystyle a_{1}=-1}،أ2=2{\displaystyle a_{2}=2}،أ3=-1{\displaystyle a_{3}=-1}،أ4=0{\displaystyle a_{4}=0}،أ1=-2{\displaystyle a_{1}'=-2}،أ2=1{\displaystyle a_{2}'=1}،أ3=-2{\displaystyle a_{3}'=-2}،أ4=0{\displaystyle a_{4}'=0}والتسلسلات(أ){\displaystyle (a)}و(أ){\displaystyle (a')}نكون4{\displaystyle 4}-دوري.
  3. عندما n = 2، ترتبط المعاملات بمعادلة من الدرجة 8 فيu{\displaystyle u}.
  4. بعض المراجع تُعرّفu=φ(τ){\displaystyle u=\varphi (\tau )}وv=φ(نτ).{\displaystyle v=\varphi (n\tau ).}ثم يتم حل المعادلة المعيارية فيv{\displaystyle v}بدلاً من ذلك، وله جذورv=ε(ن)φ(نτ){\displaystyle v=\varepsilon (n)\varphi (n\tau )}وv=φ[(τ+16م)/ن].{\displaystyle v=\varphi [(\tau +16m)/n].}
  5. بمعنى آخر،ε(ن)=(-1)(ن2-1)/8{\displaystyle \varepsilon (n)=(-1)^{(n^{2}-1)/8}}(بموجب قانون التبادل التربيعي ).

آخر

  1. 1 2 آدمتشيك، فيكتور (2003). "التحويلات متعددة الحدود لتشيرنهاوس، وبرينغ، وجيرارد" (ملف PDF) . نشرة ACM SIGSAM . 37 (3): 91. CiteSeerX 10.1.1.10.9463 . doi : 10.1145/990353.990371 . S2CID 53229404. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 26-02-2009.  
  2. 1 2 كلاين، فيليكس (1888). محاضرات حول المجسم العشري الوجوه وحل معادلات الدرجة الخامسة . تروبنر وشركاه. ISBN 978-0-486-49528-6.{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )
  3. جيرارد، جورج بيرش (1859). مقال عن حل المعادلات . لندن، المملكة المتحدة: تايلور وفرانسيس .
  4. 1 2 3 "حل المعادلة الخماسية باستخدام برنامج Mathematica" . Wolfram Research . مؤرشف من الأصل في 1 يوليو 2014.
  5. 1 2 دروسيوك، ريتشارد ج. (2000). "حول الحل الكامل لأكثر كثيرات الحدود من الدرجة الخامسة عمومية". arXiv : math.GM/0005026 .
  6. 1 2 كينغ ، ر. بروس (1996). ما وراء المعادلة الرباعية . بيركهاوزر. ص 131. ISBN  978-3-7643-3776-6.
  7. 1 2 هيرميت، تشارلز (1858). "حول دقة المعادلة الخمس درجات". Comptes rendus de l'Académie des Sciences . السادس والأربعون (الأول): 508-515 .
  8. ^ بريوشي ، فرانشيسكو (1858). "طريقة كرونيكر لحل المعادلات الخمس". اتي دلي. R. Istituto Lombardo di Scienze، Lettere ed Arti . ط : 275 - 282.
  9. ^ كرونيكر ، ليوبولد (1858). "حول حل معادلة الدرجة الخامسة، ملحق برسالة موجهة إلى M. Hermite". Comptes Rendus de l'Académie des Sciences . السادس والأربعون (الأول): 1150- 1152.
  10. بورواين، جوناثان مبورواين، بيتر ب. (1987). باي والمتوسط ​​الحسابي: دراسة في نظرية الأعداد التحليلية والتعقيد الحسابي ( الطبعة الأولى). وايلي-إنترساينس . ISBN  0-471-83138-7.ص 126. لاحظ أنΩص(u،v)=Ωص(v،u){\displaystyle \Omega _{p}(u,v)=\Omega _{p}(v,u)}لوص±1(تعديل8){\displaystyle p\equiv \pm 1{\pmod {8}}}، وΩص(u،v)=-Ωص(v،-u){\displaystyle \Omega _{p}(u,v)=-\Omega _{p}(v,-u)}لوص±3(تعديل8){\displaystyle p\equiv \pm 3{\pmod {8}}}يوجد خطأ مطبعي في الصفحة:ك=0،2،...،ص-1{\displaystyle k=0,2,\ldots ,p-1}ينبغي أن يكونك=0،1،2...،ص-1{\displaystyle k=0,1,2\ldots ,p-1}بدلاً من.
  11. بورواين، جوناثان م.؛ بورواين، بيتر ب. (1987). باي والمتوسط ​​الحسابي: دراسة في نظرية الأعداد التحليلية والتعقيد الحسابي ( الطبعة الأولى). وايلي-إنترساينس. ص 127. ISBN   0-471-83138-7.الجدول يعطيΩ5(u،v)=-u6+4u5v5-5u4v2+5u2v4-4uv+v6.{\displaystyle {\begin{aligned}\Omega _{5}(u,v)=&-u^{6}+4u^{5}v^{5}-5u^{4}v^{2}+5u^{2}v^{4}\\&-4uv+v^{6}.\end{aligned}}}بجعلها تساوي صفرًا وضربها في-1{\displaystyle -1}يُعطي هذا المقال المعادلة.
  12. بورواين، جوناثان م.؛ بورواين، بيتر ب. (1987). باي والمتوسط ​​الحسابي: دراسة في نظرية الأعداد التحليلية والتعقيد الحسابي ( الطبعة الأولى). وايلي-إنترساينس. ISBN  0-471-83138-7.ص 135
  13. 1 2 ديفيس ، هارولد ت. (1962). مقدمة في المعادلات التفاضلية والتكاملية غير الخطية . دوفر. ص 173. ISBN  978-0-486-60971-3.{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )
  14. ^ هيرميت حول نظرية المعادلات المعيارية وحل المعادلة العشرية من الدرجة (1859)، ص. 7
  15. بورواين، جوناثان م.؛ بورواين، بيتر ب. (1987). باي والمتوسط ​​الحسابي: دراسة في نظرية الأعداد التحليلية والتعقيد الحسابي ( الطبعة الأولى). وايلي-إنترساينس. ISBN  0-471-83138-7.ص 136
  16. أوميمورا، هيروشي (2007). "حل المعادلات الجبرية باستخدام ثوابت ثيتا". في: مامفورد، ديفيد (محرر). محاضرات تاتا حول ثيتا II . كلاسيكيات بيركهاوزر الحديثة. بوسطن، ماساتشوستس: بيركهاوزر. ص 261-270 . doi : 10.1007/978-0-8176-4578-6_18 . ISBN  9780817645694.
  17. كوكل، جيمس (1860). "موجز لنظرية الجذور المتعالية" . مجلة لندن وإدنبرة ودبلن الفلسفية ومجلة العلوم . 20 (131): 145-148 . doi : 10.1080/14786446008642921 .
  18. هارلي، روبرت (1862). "حول الحل المتسامي للمعادلات الجبرية". المجلة الفصلية للرياضيات البحتة والتطبيقية 5 : 337-361 .
  19. سلاتر، لوسي جوان (1966). الدوال الهندسية الفائقة المعممة . مطبعة جامعة كامبريدج . الصفحات 42-44 . ISBN  978-0-521-06483-5.
  20. ^ بيركلاند ، ريتشارد (1927). "Über die Auflösung algebraischer Gleichungen durch Hypergeometrische Funktionen " [ حول حل المعادلات الجبرية عبر الدوال الهندسية الفائقة] . Mathematische Zeitschrift (باللغة الألمانية). 26 : 565– 578. دوى : 10.1007 / BF01475474 . S2CID 120762456 . تم الاسترجاع في 1 يوليو 2017 . 
  21. ^ ماير ، كارل (1937). “Über die Auflösung algebraischer Gleichungssysteme durch Hypergeometrische Funktionen”. Monatshefte für الرياضيات والفيزياء . 45 : 280– 313. دوى : 10.1007 / BF01707992 . S2CID 197662587 . 
  22. ناهاي، جون (2004). "صيغة مجموع القوى للمُحلِّلات التفاضلية" . المجلة الدولية للرياضيات والعلوم الرياضية . 2004 (7): 365-371 . doi : 10.1155/S0161171204210602 .
  23. ناهاي، جون (2000). المُحَلِّلات التفاضلية الخطية (أطروحة دكتوراه). بيسكاتاواي، نيوجيرسي: جامعة روتجرز.ريتشارد إم. كوهن، مستشار.
  24. دويل، بيتر؛ ماكمولين، كورت (1989). "حل المعادلة الخماسية بالتكرار" (ملف PDF) . مجلة أكتا ماثيماتيكا . 163 : 151-180 . doi : 10.1007/BF02392735 . S2CID 14827783 . 

مصادر

  • ميرزائي، رؤوف (2012). السبينورات والدوال الخاصة لحل معادلة من الدرجة n . ندوة الرياضيات الدولية.
  • كلاين، ف. (1888). محاضرات في المجسم العشري الوجوه وحل معادلات الدرجة الخامسة . ترجمة جورج جافين موريس. تروبنر وشركاه. ISBN 0-486-49528-0.{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )
  • كينغ، ر. بروس (1996). ما وراء المعادلة الرباعية . بيركهاوزر. ISBN 3-7643-3776-1.
  • ديفيس، هارولد ت. (1962). مقدمة في المعادلات التفاضلية والتكاملية غير الخطية . دوفر. الفصل 6، وخاصة الفقرتين 20 و21. ISBN 0-486-60971-5.{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )