سلسلة بويزو

متسلسلات بويزو المقتطعة للمنحنى التكعيبي y^2 = x^3 + x^2
توسعات بويزو المقتطعة للمنحنى التكعيبيy2=x3+x2{\displaystyle y^{2}=x^{3}+x^{2}}عند النقطة المزدوجةx=y=0{\displaystyle x=y=0}تشير الألوان الداكنة إلى وجود عدد أكبر من المصطلحات.

في الرياضيات ، تُعدّ متسلسلات بويزو تعميمًا لمتسلسلات القوى ، حيث تسمح بوجود أسس سالبة وكسرية للمتغير غير المحدد . على سبيل المثال، المتسلسلة

x-2+2x-1/2+x1/3+2x11/6+x8/3+x5+=x-12/6+2x-3/6+x2/6+2x11/6+x16/6+x30/6+{\displaystyle {\begin{aligned}x^{-2}&+2x^{-1/2}+x^{1/3}+2x^{11/6}+x^{8/3}+x^{5}+\cdots \\&=x^{-12/6}+2x^{-3/6}+x^{2/6}+2x^{11/6}+x^{16/6}+x^{30/6}+\cdots \end{aligned}}}

هي متسلسلة بويزو في المتغير غير المحدد x . تم تقديم متسلسلات بويزو لأول مرة بواسطة إسحاق نيوتن في عام 1676 [ 1 ] وأعيد اكتشافها بواسطة فيكتور بويزو في عام 1850. [ 2 ] 

يتضمن تعريف متسلسلة بويزو أن تكون مقامات الأسس محدودة. لذا، باختزال الأسس إلى مقام مشترك n ، تتحول متسلسلة بويزو إلى متسلسلة لوران في الجذر النوني للمتغير . على سبيل المثال، المثال أعلاه هو متسلسلة لوران فيx1/6.{\displaystyle x^{1/6}.}لأن العدد المركب له n جذر من الرتبة n، فإن متسلسلة بويزو المتقاربة عادة ما تحدد n دالة في جوار 0 .

تنص نظرية بويزو ، والتي تسمى أحيانًا نظرية نيوتن-بويزو ، على أنه، بالنظر إلى معادلة متعددة الحدودP(x،y)=0{\displaystyle P(x,y)=0}بمعاملات مركبة، يمكن توسيع حلولها في y ، باعتبارها دوالًا لـ x ، على شكل متسلسلات بويزو في x متقاربة في جوار ما للصفر . بعبارة أخرى، يمكن وصف كل فرع من فروع المنحنى الجبري محليًا بواسطة متسلسلة بويزو في x (أو في xx 0 عند النظر في الفروع فوق جوار x 0 ≠ 0 ) .

باستخدام المصطلحات الحديثة، تنص نظرية بويزو على أن مجموعة متسلسلات بويزو على حقل مغلق جبريًا ذي خاصية صفرية هي نفسها حقل مغلق جبريًا، يُسمى حقل متسلسلات بويزو . وهو الإغلاق الجبري لحقل متسلسلات لوران الشكلية ، والذي هو بدوره حقل كسور حلقة متسلسلات القوى الشكلية .

تعريف

إذا كان K حقلاً (مثل الأعداد المركبة )، فإن متسلسلة بويزو ذات المعاملات في K هي تعبير من الشكل التالي:

و=ك=ك0+جكتيك/ن{\displaystyle f=\sum _{k=k_{0}}^{+\infty }c_{k}T^{k/n}}

أينن{\displaystyle n}هو عدد صحيح موجب وك0{\displaystyle k_{0}}عدد صحيح. بعبارة أخرى، تختلف متسلسلات بويزو عن متسلسلات لوران في أنها تسمح بأسس كسرية للمتغير غير المحدد، طالما أن مقام هذه الأسس الكسرية محدود (هنا n ). وكما هو الحال مع متسلسلات لوران، تسمح متسلسلات بويزو بأسس سالبة للمتغير غير المحدد طالما أن هذه الأسس السالبة محدودة من الأسفل (هنا بواسطةك0{\displaystyle k_{0}}). عمليات الجمع والضرب تسير كما هو متوقع: على سبيل المثال،

(تي-1+2تي-1/2+تي1/3+)+(تي-5/4-تي-1/2+2+)=تي-5/4+تي-1+تي-1/2+2+{\displaystyle (T^{-1}+2T^{-1/2}+T^{1/3}+\cdots )+(T^{-5/4}-T^{-1/2}+2+\cdots )=T^{-5/4}+T^{-1}+T^{-1/2}+2+\cdots }

و

(تي-1+2تي-1/2+تي1/3+)(تي-5/4-تي-1/2+2+)=تي-9/4+2تي-7/4-تي-3/2+تي-11/12+4تي-1/2+.{\displaystyle (T^{-1}+2T^{-1/2}+T^{1/3}+\cdots )\cdot (T^{-5/4}-T^{-1/2}+2+\cdots )=T^{-9/4}+2T^{-7/4}-T^{-3/2}+T^{-11/12}+4T^{-1/2}+\cdots .}

يمكن تعريفها أولاً عن طريق "ترقية" مقام الأسس إلى مقام مشترك N ، ثم إجراء العملية في المجال المقابل من متسلسلات لوران الرسمية.تي1/شمال{\displaystyle T^{1/N}}.

تشكل متسلسلة بويزو ذات المعاملات في K حقلاً، وهو الاتحاد

ن>0ك((تي1/ن)){\displaystyle \bigcup _{n>0}K(\!(T^{1/n})\!)}

من مجالات سلسلة لوران الرسمية فيتي1/ن{\displaystyle T^{1/n}}(يعتبر غير محدد).

ينتج عن هذا تعريف بديل لحقل متسلسلات بويزو بدلالة النهاية المباشرة . لكل عدد صحيح موجب n ، ليكنتين{\displaystyle T_{n}}أن يكون غير محدد (يقصد به تمثيلتي1/ن{\textstyle T^{1/n}})، وك((تين)){\displaystyle K(\!(T_{n})\!)}كن مجال سلسلة لوران الرسمية فيتين.{\displaystyle T_{n}.}إذا كان m يقسم n ، فإن التعيينتيم(تين)ن/م{\displaystyle T_{m}\mapsto (T_{n})^{n/m}}يُحفز تشاكل الحقلك((تيم))ك((تين))،{\displaystyle K(\!(T_{m})\!)\to K(\!(T_{n})\!),}وتشكل هذه التشاكلات نظامًا مباشرًا يكون حقل متسلسلات بويزو حدًا مباشرًا له. وكون كل تشاكل حقلي أحاديًا يدل على إمكانية تحديد هذا الحد المباشر بالاتحاد المذكور أعلاه، وأن التعريفين متكافئان ( حتى تشاكل قانوني).

تقييم

سلسلة بويزو غير الصفريةو{\displaystyle f}يمكن كتابتها بشكل فريد على النحو التالي

و=ك=ك0+جكتيك/ن{\displaystyle f=\sum _{k=k_{0}}^{+\infty }c_{k}T^{k/n}}

معجك00.{\displaystyle c_{k_{0}}\neq 0.}التقييم

v(و)=ك0ن{\displaystyle v(f)={\frac {k_{0}}{n}}}

لو{\displaystyle f}يمثل أصغر أس للترتيب الطبيعي للأعداد النسبية، والمعامل المقابل لهجك0{\textstyle c_{k_{0}}}يُطلق عليه اسم المعامل الأولي أو معامل التقييم لـ و{\displaystyle f}قيمة السلسلة الصفرية هي+.{\displaystyle +\infty .}

الدالة v هي تقييم وتجعل متسلسلة بويزو حقلاً قيماً ، مع المجموعة الجمعيةسؤال{\displaystyle \mathbb {Q} }من الأعداد النسبية كمجموعة تقييمها .

أما بالنسبة لكل حقل ذي قيمة، فإن التقييم يحدد مسافة فائقة القياس وفقًا للصيغة التالية:د(و،ز)=خبرة(-v(و-ز)).{\displaystyle d(f,g)=\exp(-v(fg)).}بالنسبة لهذه المسافة، يكون حقل متسلسلات بويزو فضاءً متريًا .

و=ك=ك0+جكتيك/ن{\displaystyle f=\sum _{k=k_{0}}^{+\infty }c_{k}T^{k/n}}

يُعبّر هذا عن أن متسلسلة بويزو هي نهاية مجاميعها الجزئية. مع ذلك، فإن حقل متسلسلات بويزو ليس كاملاً ؛ انظر أدناه §  حقل ليفي-سيفيتا .

سلسلة كونيفرجنت بويزو

تكون متسلسلات بويزو التي توفرها نظرية نيوتن-بويزو متقاربة بمعنى أن هناك جوارًا للصفر تكون فيه متقاربة (باستثناء الصفر إذا كانت القيمة سالبة). بتعبير أدق، ليكن

و=ك=ك0+جكتيك/ن{\displaystyle f=\sum _{k=k_{0}}^{+\infty }c_{k}T^{k/n}}

لتكن متسلسلة بويزو ذات معاملات مركبة . يوجد عدد حقيقي r ، يُسمى نصف قطر التقارب، بحيث تتقارب المتسلسلة إذا استُبدل T بعدد مركب غير صفري t قيمته المطلقة أقل من r ، وكان r هو أكبر عدد يحقق هذه الخاصية. تُعتبر متسلسلة بويزو متقاربة إذا كان لها نصف قطر تقارب غير صفري.

لأن العدد المركب غير الصفري له n جذرًا من الرتبة n ، يجب توخي الحذر عند الاستبدال: يجب اختيار جذر n محدد للعدد t ، ولنقل x . ثم يتكون الاستبدال من استبدالتيك/ن{\displaystyle T^{k/n}}بواسطةxك{\displaystyle x^{k}}لكل k .

ينتج وجود نصف قطر التقارب عن وجود مماثل لسلسلة قوى ، مطبقة علىتي-ك0/نو،{\textstyle T^{-k_{0}/n}f,}تُعتبر متسلسلة قوى فيتي1/ن.{\displaystyle T^{1/n}.}

من ضمن نظرية نيوتن-بويزو أن سلسلة بويزو المعطاة لها نصف قطر تقارب موجب، وبالتالي تحدد دالة تحليلية ( متعددة القيم ) في جوار ما للصفر (ربما يتم استبعاد الصفر نفسه).

التقييم والترتيب على المعاملات

إذا كان الحقل الأساسيك{\displaystyle K}إذا تم ترتيبها ، فإن مجال سلسلة بويزو يتجاوزك{\displaystyle K}كما يتم ترتيبها بشكل طبيعي ( معجميًا ) على النحو التالي: سلسلة بويزو غير صفريةو{\displaystyle f}يُعتبر العدد ذو القيمة 0 موجبًا كلما كان معامل تقييمه كذلك. وهذا يعني أساسًا أن أي قوة نسبية موجبة للمتغير غير المحددتي{\displaystyle T}يتم جعلها موجبة، ولكنها أصغر من أي عنصر موجب في الحقل الأساسيك{\displaystyle K}.

إذا كان الحقل الأساسيك{\displaystyle K}يتمتع بتقييمw{\displaystyle w}ثم يمكننا بناء تقييم مختلف على حقل متسلسلات بويزو علىك{\displaystyle K}عن طريق السماح بالتقييمw^(و){\displaystyle {\hat {w}}(f)}يكونωv+w(جك)،{\displaystyle \omega \cdot v+w(c_{k}),}أينv=ك/ن{\displaystyle v=k/n}هو التقييم المحدد مسبقًا (جك{\displaystyle c_{k}}(وهو أول معامل غير صفري) وω{\displaystyle \omega }كبيرة بلا حدود (بمعنى آخر، مجموعة القيم لـw^{\displaystyle {\hat {w}}}يكونسؤال×Γ{\displaystyle \mathbb {Q} \times \Gamma }مرتبة حسب الترتيب المعجمي، حيثΓ{\displaystyle \Gamma }هي مجموعة القيم لـw{\displaystyle w}وهذا يعني أساسًا أن التقييم المحدد مسبقًاv{\displaystyle v}يتم تصحيحها بمقدار ضئيل للغاية لمراعاة التقييمw{\displaystyle w}مُعطى في الحقل الأساسي.

نظرية نيوتن-بويزو

في وقت مبكر من عام 1671، استخدم إسحاق نيوتن متسلسلات بويزو ضمنيًا ، وأثبت النظرية التالية لتقريب جذور المعادلات الجبرية التي معاملاتها دوال تُقرب بدورها بمتسلسلات أو كثيرات حدود . ولتحقيق هذا الغرض، قدم مضلع نيوتن ، الذي لا يزال أداة أساسية في هذا السياق. عمل نيوتن مع المتسلسلات المقتطعة، وفي عام 1850 فقط، قدم فيكتور بويزو مفهوم متسلسلات بويزو (غير المقتطعة) وأثبت النظرية المعروفة الآن باسم نظرية بويزو أو نظرية نيوتن-بويزو . تنص النظرية على أنه إذا كانت لدينا معادلة جبرية معاملاتها كثيرات حدود، أو بشكل أعم، متسلسلات بويزو على حقل ذي خاصية صفرية ، فيمكن التعبير عن كل حل للمعادلة كمتسلسلة بويزو. علاوة على ذلك، يقدم البرهان خوارزمية لحساب متسلسلات بويزو هذه، وعند العمل على الأعداد المركبة ، تكون المتسلسلات الناتجة متقاربة.

في المصطلحات الحديثة، يمكن إعادة صياغة النظرية على النحو التالي: حقل متسلسلات بويزو على حقل مغلق جبريًا ذو خاصية صفر، وحقل متسلسلات بويزو المتقاربة على الأعداد المركبة، كلاهما مغلق جبريًا .

مضلع نيوتن

يترك

P(y)=أأنا0أأنا(x)yأنا{\displaystyle P(y)=\sum _{a_{i}\neq 0}a_{i}(x)y^{i}}

ليكن كثير حدود معاملاته غير الصفريةأأنا(x){\displaystyle a_{i}(x)}هي كثيرات حدود، أو متسلسلات قوى، أو حتى متسلسلات بويزو في x . في هذا القسم، التقييمv(أأنا){\displaystyle v(a_{i})}لأأنا{\displaystyle a_{i}}هو أصغر أس لـ x فيأأنا.{\displaystyle a_{i}.}(ينطبق معظم ما يلي بشكل عام على المعاملات في أي حلقة ذات قيم .)

لحساب متسلسلة بويزو التي تمثل جذور P (أي حلول المعادلة الوظيفية )P(y)=0{\displaystyle P(y)=0}أول ما يجب فعله هو حساب قيمة الجذور. هذا هو دور مضلع نيوتن.

لنفترض، في مستوى ديكارتي ، النقاط ذات الإحداثيات(أنا،v(أأنا)).{\displaystyle (i,v(a_{i})).}مضلع نيوتن للنقطة P هو الغلاف المحدب السفلي لهذه النقاط. أي أن حواف مضلع نيوتن هي القطع المستقيمة التي تصل بين نقطتين من هذه النقاط، بحيث لا تقع أي من هذه النقاط أسفل الخط الذي يدعم القطعة المستقيمة (ويُقصد بكلمة "أسفل" عادةً نسبةً إلى قيمة الإحداثي الثاني).

بالنظر إلى متسلسلة بويزوy0{\displaystyle y_{0}}التقييمv0{\displaystyle v_{0}}، تقييمP(y0){\displaystyle P(y_{0})}هو على الأقل الحد الأدنى من الأرقامأناv0+v(أأنا)،{\displaystyle iv_{0}+v(a_{i}),}وتساوي هذه القيمة الدنيا إذا تم الوصول إلى هذه القيمة الدنيا لقيمة i واحدة فقط . لذا، بالنسبة لـy0{\displaystyle y_{0}}بما أن P جذر ، يجب الوصول إلى القيمة الصغرى مرتين على الأقل. أي، يجب أن تكون هناك قيمتانأنا1{\displaystyle i_{1}}وأنا2{\displaystyle i_{2}}من أنا بحيثأنا1v0+v(أأنا1)=أنا2v0+v(أأنا2)،{\displaystyle i_{1}v_{0}+v(a_{i_{1}})=i_{2}v_{0}+v(a_{i_{2}}),}وأناv0+v(أأنا)أنا1v0+v(أأنا1){\displaystyle iv_{0}+v(a_{i})\geq i_{1}v_{0}+v(a_{i_{1}})}لكل i .

إنه،(أنا1،v(أأنا1)){\displaystyle (i_{1},v(a_{i_{1}}))}و(أنا2،v(أأنا2)){\displaystyle (i_{2},v(a_{i_{2}}))}يجب أن ينتمي إلى أحد أضلاع مضلع نيوتن، و v0=-v(أأنا1)-v(أأنا2)أنا1-أنا2{\displaystyle v_{0}=-{\frac {v(a_{i_{1}})-v(a_{i_{2}})}{i_{1}-i_{2}}}} يجب أن يكون معاكساً لميل هذا الخط. هذا عدد نسبي بمجرد أن تصبح جميع التقييماتv(أأنا){\displaystyle v(a_{i})}هي أعداد نسبية، وهذا هو سبب إدخال الأسس النسبية في متسلسلات بويزو.

باختصار، يجب أن يكون تقييم جذر P هو عكس ميل حافة متعددة حدود نيوتن.

المعامل الأولي لحل متسلسلة بويزو لـP(y)=0{\displaystyle P(y)=0}يمكن استنتاج ذلك بسهولة. لنفترضجأنا{\displaystyle c_{i}}ليكن المعامل الأولي لـأأنا(x)،{\displaystyle a_{i}(x),}أي معاملxv(أأنا){\displaystyle x^{v(a_{i})}}فيأأنا(x).{\displaystyle a_{i}(x).}يترك-v0{\displaystyle -v_{0}}ليكن ميل مضلع نيوتن، وγx0v0{\displaystyle \gamma x_{0}^{v_{0}}}ليكن الحد الأولي لحل متسلسلة بويزو المناظرة لـP(y)=0.{\displaystyle P(y)=0.}إذا لم يحدث إلغاء، فإن المعامل الأولي لـP(y){\displaystyle P(y)}سيكونأناأناجأناγأنا،{\textstyle \sum _{i\in I}c_{i}\gamma ^{i},} حيث I هي مجموعة المؤشرات i التي تحقق(أنا،v(أأنا)){\displaystyle (i,v(a_{i}))}ينتمي إلى حافة المنحدرv0{\displaystyle v_{0}}من مضلع نيوتن. لذا، لكي يكون له جذر، فإن المعامل الأوليγ{\displaystyle \gamma }يجب أن يكون جذرًا غير صفري لكثير الحدود χ(x)=أناأناجأناxأنا{\displaystyle \chi (x)=\sum _{i\in I}c_{i}x^{i}} (سيتم استخدام هذه الرموز في القسم التالي).

باختصار، تسمح متعددة حدود نيوتن بحساب سهل لجميع الحدود الأولية الممكنة لمتسلسلة بويزو التي تمثل حلولاً لـP(y)=0.{\displaystyle P(y)=0.}

سيتألف برهان نظرية نيوتن-بويزو من البدء من هذه الحدود الأولية لحساب الحدود التالية لحلول سلسلة بويزو بشكل متكرر.

البرهان البنّاء

لنفترض أن الحد الأولγxv0{\displaystyle \gamma x^{v_{0}}}من حلول سلسلة بويزوP(y)=0{\displaystyle P(y)=0}تم حسابها بالطريقة المذكورة في القسم السابق. يبقى حسابz=y-γxv0.{\displaystyle z=y-\gamma x^{v_{0}}.}ولهذا السبب، قمنا بتحديدy0=γxv0،{\displaystyle y_{0}=\gamma x^{v_{0}},}واكتب متسلسلة تايلور للدالة P علىz=y-y0:{\displaystyle z=y-y_{0}:}

سؤال(z)=P(y0+z)=P(y0)+zP(y0)++zجP(ج)(y0)ج!+{\displaystyle Q(z)=P(y_{0}+z)=P(y_{0})+zP'(y_{0})+\cdots +z^{j}{\frac {P^{(j)}(y_{0})}{j!}}+\cdots }

هذه دالة متعددة الحدود في z ومعاملاتها عبارة عن متسلسلات بويزو في x . يمكن تطبيق طريقة مضلع نيوتن عليها، والتكرار للحصول على حدود متسلسلة بويزو، واحدًا تلو الآخر. ولكن يلزم توخي الحذر لضمان ذلك.v(z)>v0،{\displaystyle v(z)>v_{0},}وإثبات أنه يمكن الحصول على متسلسلة بويزو، أي أن مقامات أسس x تظل محدودة.

الاشتقاق بالنسبة إلى y لا يغير قيمة المعاملات بالنسبة إلى x ؛ أي

v(P(ج)(y0)zج)مينأنا(v(أأنا)+أناv0)+ج(v(z)-v0)،{\displaystyle v\left(P^{(j)}(y_{0})z^{j}\right)\geq \min _{i}(v(a_{i})+iv_{0})+j(v(z)-v_{0}),}

وتتحقق المساواة إذا وفقط إذا χ(ج)(γ)0،{\displaystyle \chi ^{(j)}(\gamma )\neq 0,}أينχ(x){\displaystyle \chi (x)}هي متعددة الحدود في القسم السابق. إذا كانت m هي تعدد الحدودγ{\displaystyle \gamma }كجذر لـχ،{\displaystyle \chi ,}ويترتب على ذلك أن عدم المساواة هو مساواة لـج=م.{\displaystyle j=m.}الشروط بحيثج>م{\displaystyle j>m}يمكن نسيانها فيما يتعلق بالتقييمات، كماv(z)>v0{\displaystyle v(z)>v_{0}}وج>م{\displaystyle j>m}يعني

v(P(ج)(y0)zج)مينأنا(v(أأنا)+أناv0)+ج(v(z)-v0)>v(P(م)(y0)zم).{\displaystyle v\left(P^{(j)}(y_{0})z^{j}\right)\geq \min _{i}(v(a_{i})+iv_{0})+j(v(z)-v_{0})>v\left(P^{(m)}(y_{0})z^{m}\right).}

هذا يعني أنه عند تكرار طريقة مضلع نيوتن، يمكن بل يجب النظر فقط في جزء مضلع نيوتن الذي تنتمي إحداثياته ​​الأولى إلى الفترة[0،م].{\displaystyle [0,m].}يجب النظر في حالتين بشكل منفصل وستكونان موضوع الأقسام الفرعية التالية، وهما الحالة المتفرعة ، حيث m > 1 ، والحالة العادية حيث m = 1 .

قضية متفرعة

تم شرح طريقة تطبيق مضلع نيوتن بشكل تكراري سابقًا. وبما أن كل تطبيق لهذه الطريقة قد يزيد، في حالة التفرع، من مقامات الأسس (القيم)، يبقى إثبات الوصول إلى الحالة المنتظمة بعد عدد محدود من التكرارات (وإلا فلن تكون مقامات أسس المتسلسلة الناتجة محدودة، ولن تكون هذه المتسلسلة متسلسلة بويزو). وبالمناسبة، سيتم أيضًا إثبات الحصول على عدد من حلول متسلسلة بويزو مطابق تمامًا لما هو متوقع، أي درجةP(y){\displaystyle P(y)}في ص .

دون الإخلال بعمومية المسألة، يمكن للمرء أن يفترض أنP(0)0،{\displaystyle P(0)\neq 0,}إنه،أ00.{\displaystyle a_{0}\neq 0.}في الواقع، كل عامل y منP(y){\displaystyle P(y)}يوفر حلاً عبارة عن متسلسلة بويزو الصفرية، ويمكن استخراج هذه العوامل.

بما أن الخاصية يفترض أن تكون صفرًا، يمكن للمرء أيضًا أن يفترض أنP(y){\displaystyle P(y)}هي متعددة حدود خالية من المربعات ، أي أن حلولهاP(y)=0{\displaystyle P(y)=0}جميعها مختلفة. في الواقع، لا يستخدم التحليل الخالي من المربعات سوى عمليات حقل المعاملات للتحليل.P(y){\displaystyle P(y)}إلى عوامل خالية من المربعات يمكن حلها بشكل منفصل. (فرضية الصفر المميز ضرورية، لأنه في الخاصية المميزة p ، يمكن أن يوفر التفكيك الخالي من المربعات عوامل غير قابلة للاختزال، مثلyص-x،{\displaystyle y^{p}-x,}التي لها جذور متعددة على امتداد جبري.)

في هذا السياق، يُعرَّف طول ضلع مضلع نيوتن بأنه الفرق بين إحداثيات طرفيه. طول المضلع هو مجموع أطوال أضلاعه. مع الفرضيةP(0)0،{\displaystyle P(0)\neq 0,}طول مضلع نيوتن للمعادلة P هو درجته في y ، أي عدد جذوره. طول ضلع مضلع نيوتن هو عدد جذور قيمة معينة. هذا العدد يساوي درجة متعددة الحدود المعرفة سابقًا.χ(x).{\displaystyle \chi (x).}

وبالتالي، تتوافق الحالة المتفرعة مع حلين (أو أكثر) لهما نفس الحد (أو الحدود) الابتدائي. ولأن هذه الحلول يجب أن تكون متميزة (فرضية خلوها من المربعات)، فلا بد من تمييزها بعد عدد محدود من التكرارات. أي أننا نحصل في النهاية على متعددة حدود.χ(x){\displaystyle \chi (x)}أي أنها خالية من المربعات، ويمكن أن تستمر الحسابات كما في الحالة العادية لكل جذر من جذورχ(x).{\displaystyle \chi (x).}

بما أن تكرار الحالة العادية لا يزيد من مقامات الأسس، فإن هذا يدل على أن الطريقة توفر جميع الحلول كمتسلسلات بويزو، أي أن حقل متسلسلات بويزو على الأعداد المركبة هو حقل مغلق جبريًا يحتوي على حلقة متعددة الحدود أحادية المتغير ذات معاملات مركبة.

فشل في الخاصية الإيجابية

لا تنطبق نظرية نيوتن-بويزو على الحقول ذات الخاصية الموجبة. على سبيل المثال، المعادلةX2-X=تي-1{\displaystyle X^{2}-X=T^{-1}}لديه حلول

X=تي-1/2+12+18تي1/2-1128تي3/2+{\displaystyle X=T^{-1/2}+{\frac {1}{2}}+{\frac {1}{8}}T^{1/2}-{\frac {1}{128}}T^{3/2}+\cdots }

و

X=-تي-1/2+12-18تي1/2+1128تي3/2+{\displaystyle X=-T^{-1/2}+{\frac {1}{2}}-{\frac {1}{8}}T^{1/2}+{\frac {1}{128}}T^{3/2}+\cdots }

(يمكن للمرء أن يتحقق بسهولة من الحدود القليلة الأولى أن مجموع وحاصل ضرب هاتين المتسلسلتين يساوي 1 و-تي-1{\displaystyle -T^{-1}}على التوالي؛ وهذا صحيح كلما كان للحقل الأساسي K خصائص مختلفة عن  2).

كما قد يوحي وجود قوى العدد 2 في مقامات معاملات المثال السابق، فإن نص النظرية غير صحيح في الخاصية الموجبة. مثال على ذلك معادلة آرتين-شرايرXص-X=تي-1{\displaystyle X^{p}-X=T^{-1}}يوضح هذا: إن الاستدلال بالتقييمات يُظهر أن X يجب أن يكون له تقييم-1ص{\textstyle -{\frac {1}{p}}}وإذا أعدنا كتابتها على النحو التاليX=تي-1/ص+X1{\displaystyle X=T^{-1/p}+X_{1}}ثم

Xص=تي-1+X1ص، لذا X1ص-X1=تي-1/ص{\displaystyle X^{p}=T^{-1}+{X_{1}}^{p},{\text{ so }}{X_{1}}^{p}-X_{1}=T^{-1/p}}

ويُظهر أحدهم بالمثل أنX1{\displaystyle X_{1}}ينبغي أن يكون له تقييم-1ص2{\textstyle -{\frac {1}{p^{2}}}}وباتباع هذه الطريقة، يحصل المرء على المتسلسلة

تي-1/ص+تي-1/ص2+تي-1/ص3+؛{\displaystyle T^{-1/p}+T^{-1/p^{2}}+T^{-1/p^{3}}+\cdots ;}

بما أن هذه المتسلسلة لا معنى لها كمتسلسلة بويزو - لأن الأسس لها مقامات غير محدودة - فإن المعادلة الأصلية ليس لها حل. ومع ذلك، فإن معادلات أيزنشتاين هذه هي أساسًا المعادلات الوحيدة التي ليس لها حل، لأنه إذاك{\displaystyle K}هي مجموعة مغلقة جبريًا ذات خاصيةص>0{\displaystyle p>0}ثم مجال سلسلة بويزوك{\displaystyle K}هو الإغلاق المثالي لأقصى امتداد متفرع بشكل معتدل لـك((تي)){\displaystyle K(\!(T)\!)}[ 4 ]

على غرار حالة الإغلاق الجبري، توجد نظرية مماثلة للإغلاق الحقيقي : إذاك{\displaystyle K}إذا كان حقلًا مغلقًا حقيقيًا، فإن حقل متسلسلات بويزو علىك{\displaystyle K}هل يمثل هذا نهاية حقيقية لمجال سلسلة لوران الرسمية؟ك{\displaystyle K}[ 5 ] ( هذا يستلزم النظرية السابقة لأن أي حقل مغلق جبريًا ذو خاصية صفرية هو الامتداد التربيعي الوحيد لبعض الحقول المغلقة الحقيقية.)

توجد أيضًا نتيجة مماثلة للإغلاق p-adic : إذاك{\displaystyle K}هوص{\displaystyle p}- حقل مغلق جذريًا فيما يتعلق بالتقييمw{\displaystyle w}ثم مجال سلسلة بويزوك{\displaystyle K}وهو أيضًاص{\displaystyle p}مغلق جذريًا. [ 6 ]

توسيع بويزو للمنحنيات والدوال الجبرية

المنحنيات الجبرية

يتركX{\displaystyle X}ليكن منحنى جبريًا [ 7 ] معطى بمعادلة خطيةF(x،y)=0{\displaystyle F(x,y)=0}على حقل مغلق جبريًاك{\displaystyle K}ذات خاصية صفر، ولنعتبر نقطةص{\displaystyle p}علىX{\displaystyle X}والتي يمكننا أن نفترض أنها(0،0){\displaystyle (0,0)}نفترض أيضاً أنX{\displaystyle X}ليس محور الإحداثياتx=0{\displaystyle x=0}ثم توسيع بويزو لـ (الـy{\displaystyle y}إحداثيات)X{\displaystyle X}فيص{\displaystyle p}هي سلسلة بويزوو{\displaystyle f}أن يكون له تقييم إيجابي بحيثF(x،و(x))=0{\displaystyle F(x,f(x))=0}.

وبشكل أدق، دعونا نحدد فروعX{\displaystyle X}فيص{\displaystyle p}لتكون النقاطq{\displaystyle q}من عملية التطبيعY{\displaystyle Y}لX{\displaystyle X}أي خريطة إلىص{\displaystyle p}لكل واحد من هؤلاءq{\displaystyle q}يوجد إحداثي محليت{\displaystyle t}لY{\displaystyle Y}فيq{\displaystyle q}(وهي نقطة ملساء) بحيث تكون الإحداثياتx{\displaystyle x}وy{\displaystyle y}يمكن التعبير عنها كمتسلسلة قوى رسمية منت{\displaystyle t}، يقولx=تن+{\displaystyle x=t^{n}+\cdots }(منذك{\displaystyle K}بما أن المجموعة مغلقة جبريًا، يمكننا افتراض أن معامل التقييم يساوي  1) وy=جتك+{\displaystyle y=ct^{k}+\cdots }ثم هناك سلسلة بويزو فريدة من نوعها على شكلو=جتيك/ن+{\displaystyle f=cT^{k/n}+\cdots }(سلسلة قوى فيتي1/ن{\displaystyle T^{1/n}}), بحيثy(ت)=و(x(ت)){\displaystyle y(t)=f(x(t))}(التعبير الأخير ذو معنى لأنx(ت)1/ن=ت+{\displaystyle x(t)^{1/n}=t+\cdots }هي متسلسلة قوى محددة جيدًا فيت{\displaystyle t}هذا توسيع من بويزو لـX{\displaystyle X}فيص{\displaystyle p}والذي يقال إنه مرتبط بالفرع الذي قدمهq{\displaystyle q}(أو ببساطة، توسع بويزو لهذا الفرع منX{\displaystyle X})، وكل توسعة لـ PuiseuxX{\displaystyle X}فيص{\displaystyle p}يتم تقديمها بهذه الطريقة لفرع فريد منX{\displaystyle X}فيص{\displaystyle p}[ 8 ] [ 9 ]

يُشار إلى وجود تمثيل رسمي لفروع منحنى أو دالة جبرية باسم نظرية بويزو : ويمكن القول إنها تحمل نفس المحتوى الرياضي لحقيقة أن حقل متسلسلات بويزو مغلق جبريًا، وهي وصف أكثر دقة تاريخيًا لعبارة المؤلف الأصلي. [ 10 ]

على سبيل المثال، المنحنىy2=x3+x2{\displaystyle y^{2}=x^{3}+x^{2}}(الذي يكون توحيده عبارة عن خط ذي إحداثياتت{\displaystyle t}والخريطةت(ت2-1،ت3-ت){\displaystyle t\mapsto (t^{2}-1,t^{3}-t)}) له فرعان عند النقطة المزدوجة (0,0)، والتي تتوافق مع النقاطت=+1{\displaystyle t=+1}وت=-1{\displaystyle t=-1}فيما يتعلق بالتطبيع، فإن توسعات بويزو الخاصة به هيy=x+12x2-18x3+{\textstyle y=x+{\frac {1}{2}}x^{2}-{\frac {1}{8}}x^{3}+\cdots }وy=-x-12x2+18x3+{\textstyle y=-x-{\frac {1}{2}}x^{2}+{\frac {1}{8}}x^{3}+\cdots }على التوالي (هنا، كلاهما متسلسلات قوى لأنx{\displaystyle x}تكون الإحداثيات متساوية عند النقاط المقابلة في عملية التطبيع). عند النقطة الملساء(-1،0){\displaystyle (-1,0)}(وهوت=0{\displaystyle t=0}في عملية التطبيع)، لها فرع واحد، يُعطى بواسطة توسيع بويزوy=-(x+1)1/2+(x+1)3/2{\displaystyle y=-(x+1)^{1/2}+(x+1)^{3/2}}(الx{\displaystyle x}تتفرع الإحداثيات عند هذه النقطة، لذا فهي ليست متسلسلة قوى).

المنحنىy2=x3{\displaystyle y^{2}=x^{3}}(الذي يكون توحيده مرة أخرى خطًا بإحداثياتت{\displaystyle t}والخريطةت(ت2،ت3){\displaystyle t\mapsto (t^{2},t^{3})}من ناحية أخرى، له فرع واحد عند نقطة التقاء الأغصان(0،0){\displaystyle (0,0)}، الذي توسعت شركة بويزو التابعة لهy=x3/2{\displaystyle y=x^{3/2}}.

التقارب التحليلي

متىك=ج{\displaystyle K=\mathbb {C} }في مجال الأعداد المركبة، يكون توسيع بويزو لمنحنى جبري (كما هو مُعرَّف أعلاه) متقاربًا بمعنى أنه بالنسبة لاختيار مُعطى لـن{\displaystyle n}الجذر النوني لـx{\displaystyle x}تتقارب هذه النتائج عندما تكون صغيرة بما يكفي.|x|{\displaystyle |x|}وبالتالي، حدد معلمات تحليلية لكل فرع من فروعX{\displaystyle X}في جوارص{\displaystyle p}(وبشكل أدق، تتم عملية تحديد المعلمات بواسطةن{\displaystyle n}الجذر النوني لـx{\displaystyle x}).

التعميمات

حقل ليفي-تشيفيتا

حقل متسلسلات بويزو ليس كاملاً كفضاء متري . ويمكن وصف اكتماله، المسمى حقل ليفي-تشيفيتا ، على النحو التالي: إنه حقل التعبيرات الشكلية من الشكلو=هـجهـتيهـ،{\textstyle f=\sum _{e}c_{e}T^{e},}حيث يمثل نطاق المعاملات (أي مجموعة e التي تحققجهـ0{\displaystyle c_{e}\neq 0}) هو مدى متتالية متزايدة من الأعداد النسبية، إما أن تكون منتهية أو تميل إلى+{\displaystyle +\infty }بمعنى آخر، تقبل هذه المتسلسلات أسسًا ذات مقامات غير محدودة، بشرط وجود عدد محدود من الحدود ذات أس أقل منأ{\displaystyle A}لأي حد معينأ{\displaystyle A}. على سبيل المثال،ك=1+تيك+1ك{\textstyle \sum _{k=1}^{+\infty }T^{k+{\frac {1}{k}}}}ليست متسلسلة بويزو، لكنها نهاية متتالية كوشي من متسلسلات بويزو؛ وعلى وجه الخصوص، هي نهايةك=1شمالتيك+1ك{\textstyle \sum _{k=1}^{N}T^{k+{\frac {1}{k}}}}مثلشمال+{\displaystyle N\to +\infty }ومع ذلك، فإن هذا الإكمال لا يزال غير "مكتمل بشكل كامل" بالمعنى الذي يسمح بامتدادات غير تافهة وهي حقول ذات قيم لها نفس مجموعة القيم وحقل البقايا، [ 11 ] [ 12 ] وبالتالي فرصة إكماله بشكل أكبر.

سلسلة هان

تُعدّ متسلسلات هان تعميمًا أوسع لمتسلسلات بويزو، وقد قدّمها هانز هان أثناء إثباته لنظرية التضمين عام 1907، ثم درسها في منهجه لحلّ المسألة السابعة عشرة لهيلبرت . في متسلسلة هان، بدلًا من اشتراط أن يكون مقام الأسس محدودًا، يُشترط أن تُشكّل مجموعة جزئية مُرتبة جيدًا من زمرة القيم (عادةً ما تكون π = 1).سؤال{\displaystyle \mathbb {Q} }أوR{\displaystyle \mathbb {R} }وقد عُممت هذه المتسلسلات لاحقًا بواسطة أناتولي مالتسيف وبرنهارد نيومان لتشمل حالة غير تبادلية (لذلك تُعرف أحيانًا باسم متسلسلات هان-مالتسيف-نيومان ). وباستخدام متسلسلات هان، يُمكن وصف الإغلاق الجبري لحقل متسلسلات القوى في الخاصية الموجبة، وهو وصف يُشابه إلى حد ما حقل متسلسلات بويزو. [ 13 ]

ملحوظات

  1. نيوتن (1960)
  2. 1 2 بويزو (1850، 1851)
  3. نيوتن (1736)
  4. ١ ٢ انظر كيدلايا (٢٠٠١)، المقدمة
  5. باسو وآخرون (2006)، الفصل 2 ("الحقول المغلقة الحقيقية")، النظرية 2.91 (ص 75)
  6. تشيرلين (1976)، الفصل 2 ("مبدأ نقل أكس-كوشين-إرشوف")، §7 ("حقول متسلسلة بويزو")
  7. نفترض أنX{\displaystyle X}غير قابل للاختزال ، أو على الأقل أنه مختزل ولا يحتوي علىy{\displaystyle y}محور الإحداثيات.
  8. ^ شافاريفيتش (1994)، II.5، الصفحات من 133 إلى 135
  9. كوتكوسكي (2004)، الفصل 2، الصفحات 3-11
  10. بويزو (1850)، ص 397
  11. بونين، بيورن (1993). "الحقول الكاملة القصوى". مجلة التعليم الرياضي 39 : 87-106 .
  12. كابلانسكي، إيرفينغ (1942). "الحقول القصوى ذات التقييمات". مجلة ديوك للرياضيات 9 (2): 303-321 . doi : 10.1215/s0012-7094-42-00922-0 .
  13. كيدلايا (2001)

انظر أيضاً

مراجع