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(번역) Degree of a polynomial

by 다움위키 2024. 1. 27.

 
다항식차수(degree)는 영이 아닌 계수를 갖는 그의 단항식(monomial)(개별 항)의 가장 높은 차수입니다. 항의 차수(degree of a term)는 항 내에 보이는 변수(variables)의 지수의 합이며, 따라서 음수가 아닌 정수입니다. 용어 순서(order)는 차수(degree)의 동의어로 사용되었지만, 요즘에는, 여러 다른 개념을 참조할 수 있습니다 (다항식의 순서(order of a polynomial)를 참조하십시오). 예를 들어, 다항식 7x2y3+4x9은 세 항을 가진 7x2y3+4x1y09x0y0로써 역시 표현될 수 있습니다. 첫 번째 항은 5의 차수 (거듭제곱(powers) 2와 3의 합)를 갖고, 두 번째 항은 1의 차수를 갖고, 그리고 마지막 항은 0의 차수를 가집니다. 따라서 다항식의 차수는, 임의의 항의 최고 차수에 따라, 5입니다.
표준 형식이 아닌 다항식의 차수를 결정하기 위해서는 (예를 들어:(x+1)2(x1)2), 먼저 곱을 (분배성에 의해) 확장하고 동류항을 결합하여 표준 형식으로 반드시 먼저 작성해야 합니다; 예를 들어 (x+1)2(x1)2=4x는, 비록 각 합해지는 숫자(summand:피합수)가 차수가 2일지라도, 차수는 1입니다. 어쨌든, 이것은 표준 형식의 다항식의 곱으로써 표현될 때에는 필요하지 않습니다; 왜냐하면 곱의 차수는 인수의 차수의 합이기 때문입니다.

Names of polynomials by degree

다음 이름은 그들 차수에 따라 다항식에 지정됩니다:

더 높은 차수에 대해, 이름들이 때때로 제안되어 왔지만, 아래의 것들은 드물게 사용됩니다:

  • 차수 8 – octic
  • 차수 9 – nonic
  • 차수 10 – decic

3보다 큰 차수에 대해 이름은 라틴 순서-숫자(ordinal number)를 기반으로, -ic로 끝납니다. 이것은 변수의 숫자에 대해 사용되는 이름, 애리티(arity)와 구별되어야 하는데, 애리티는 라틴어 분배 숫자(distributive number)를 기반으로, -ary로 끝납니다. 예를 들어, x2+xy+y2와 같은 두 변수에서 이차 두 개의 다항식은 "이진 이차"라고 불립니다: 이진(binary)은 두 변수에 기인하고, 이차(quadratic)는 차수 2에 기인합니다. 항의 숫자에 대해 이름도 역시 있는데, 이 단어는 역시 라틴 분배 숫자를 기반으로, -nomial로 끝납니다; 공통적인 것은 단항(monomial), 이항(binomial) 및 (덜 공통적으로) 삼항(trinomial)이 있습니다; 따라서 x2+y2는 "이진 이차 이항"입니다.

Other examples

  • 다항식 35x+2x57x9은 9차 다항식입니다.
  • 다항식 (y3)(2y+6)(4y21)은 삼차 다항식입니다.
  • 다항식 (3z8+z54z2+6)+(3z8+8z4+2z3+14z)은 5차 다항식입니다 (왜냐하면 z8은 제거되기 때문입니다).

위의 세 예제의 정식 형태는 다음과 같습니다:

  • 35x+2x57x9에 대해, 순서를 바꾸어서, 7x9+2x55x+3;
  • (y3)(2y+6)(4y21)에 대해, 전개한 후에 같은 차수의 항을 정리하면, 8y342y2+72y+378;
  • (3z8+z54z2+6)+(3z8+8z4+2z3+14z)에 대해, 차수 8의 두 항은 제거되고, z5+8z4+2z34z2+14z+6.

Behavior under polynomial operations

두 다항식의 합, 곱 또는 합성의 차수는 입력 다항식의 차수와 밀접하게 관련되어 있습니다.

Addition

두 다항식의 합(또는 차)의 차수는 그들 각각의 차수 중에 큰 것과 같거나 작습니다; 등호는, 다항식의 차수가 다를 때, 항상 유지됩니다. 즉,
deg(P+Q)max{deg(P),deg(Q)}.
deg(PQ)max{deg(P),deg(Q)}.
예를 들어,

  • (x3+x)+(x2+1)=x3+x2+x+1의 차수는 3입니다. 3 ≤ max{3, 2}임을 주목하십시오.
  • (x3+x)(x3+x2)=x2+x의 차수는 2입니다. 2 ≤ max{3, 3}임을 주목하십시오.

Scalar multiplication

비-영의 스칼라(scalar)에 의한 다항식 곱의 차수는 그 다항식의 차수와 같습니다. 즉,
deg(cP)=deg(P).
예를 들어,

  • 2(x2+3x2)=2x2+6x4의 차수는 2인데, 바로 x2+3x2의 차수이기 때문입니다.

영의 인수(divisors of zero:영제수)를 포함하는 링(ring)에 걸쳐 다항식에 대해, 이것이 반드시 참인 것은 아님에 주목하십시오. 예를 들어, Z/4Z에서, deg(1+2x)=1이지만 deg(2(1+2x))=deg(2+4x)=deg(2)=0입니다.
주어진 필드 F로부터의 계수와 주어진 수 n보다 작거나 같은 차수를 갖는 다항식의 집합(Polynomial vector spaces)은 따라서 벡터 공간(vector space)을 형성합니다. (주목할 것은, 어쨌든, 이 집합은 링은 아닌 것으로써, 왜냐하면 그것은 아래에서 볼 수 있듯이, 곱셈 아래에 닫혀있지 않기 때문입니다.)

Multiplication

필드(field) 또는 정수 도메인(integral domain)에 걸쳐 두 다항식 곱의 차수는 그들 차수의 합입니다:
deg(PQ)=deg(P)+deg(Q).
예를 들어,

  • (x3+x)(x2+1)=x5+2x3+x의 차수는 3 + 2 = 5입니다.

임의의 링에 걸쳐 다항식에 대해, 이것은 반드시 참인 것이 아님을 주목하십시오. 예를 들어, Z/4Z에서, deg(2x)+deg(1+2x)=1+1=2이지만 deg(2x(1+2x))=deg(2x)=1입니다.

Composition

필드 또는 정수 도메인(integral domain)에 걸쳐 두 개의 비-상수 다항식 PQ의 합성의 차수는 그들 차수의 곱입니다:
deg(PQ)=deg(P)deg(Q).
예를 들어,

  • 만약 P=(x3+x), Q=(x2+1)이면, PQ=P(x2+1)=(x2+1)3+(x2+1)=x6+3x4+4x2+2이므로, 차수 6을 가집니다.

임의의 링에 걸쳐 다항식에 대해, 이것은 반드시 참인 것이 아님을 주목하십시오. 예를 들어, Z/4Z에서, deg(2x)deg(1+2x)=11=1이지만, deg(2x(1+2x))=deg(2+4x)=deg(2)=0입니다.

Degree of the zero polynomial

영 다항식(zero polynomial)의 차수는 정의되지 않은 채 남겨 두거나, 또는 음의 차수(보통 −1 또는 )가 되는 것으로 정의됩니다.
임의의 상수 값과 마찬가지로, 값 0은 하나의 (상수) 다항식으로 여겨질 수 있으므로, 영 다항식으로 불립니다. 그것은 비-영 항을 가지지 않으므로, 엄격하게 말하면, 차수를 역시 가지지 않습니다. 이를테면, 그것의 차수는 정의되지 않습니다. 위의 섹션에서 다항식의 합과 곱의 차수에 대해 전제는 만약 포함된 다항식의 임의의 것이 영다항식이면 적용되지 않습니다.
어쨌든, 영 다항식의 차수를 ''음의 무한대'', 로 정의하고, 다음과 같은 산술 규칙을 도입하는 것이 편리합니다:
max(a,)=a,
그리고
a+()=.
다음 예제는 이 확장이 위의 동작 규칙(behavior rules)을 어떻게 만족시키는지 보여줍니다:

  • (x3+x)+(0)=x3+x의 차수는 3입니다.  이것은 기대했던 동작을 만족하는데, 3max(3,)입니다.
  • (x)(x)=0의 차수는 입니다.  이것은 기대했던 동작을 만족하는데,  max(1,1)입니다.
  • (0)(x2+1)=0의 차수는 입니다.  이것은 기대했던 동작을 만족하는데, =+2입니다.

Computed from the function values

다항 함수 f의 차수를 평가할 많은 공식이 존재합니다. 점근 해석학(asymptotic analysis)을 기초로 한 것 중 하나는
degf=limxlog|f(x)|logx;
이것은 로그–로그 그래프(log–log plot)에서 기울기를 추정하는 방법과 정확히 짝입니다.
이 공식은 다항식이 아닌 어떤 함수에 대한 차수의 개념을 일반화합니다. 
예를 들면:

공식은 그러한 함수의 많은 조합에 대해 합리적인 결과를 역시 제공합니다. 예를 들어, 1+xx의 차수는 1/2입니다.
그의 값으로부터 f의 차수를 계산하기 위한 다른 공식은 
degf=limxxf(x)f(x);
이 두 번째 공식은 로피탈의 규칙(L'Hôpital's rule)을 첫 번째 공식에 따른 것입니다. 직관적으로, 그것은 xd의 도함수 dxd1에서 추가적 상수 인수로서 차수 d를 나타내는 것에 관한 것입니다.
함수의 점근선을 (단순한 숫자 차수보다) 더 좋은 세분화된 설명은 대문자 O 표기법(big O notation)을 사용함으로써 가능할 수 있습니다. 알고리듬의 분석(analysis of algorithms)에서, 예를 들어, xxlogx의 사이의 성장률을 구별하는 것이 종종 그것이 관련되며, 이는 둘 모두 위의 공식에 따라 같은 차수를 갖는 것으로 나타날 수 있습니다.

Extension to polynomials with two or more variables

두 개 이상의 변수를 갖는 다항식에 대해, 항의 차수는 항에서 변수의 지수의 입니다; (때때로 전체 차수(total degree)라고 불리는) 다항식의 차수는 다항식에서 모든 항의 차수의 최대입니다. 예를 들어, 다항식 x2y2+3x3+4y은 차수 4를 가지는데, 항 x2y2와 같은 차수입니다.
어쨌든, 변수 xy에 대한 다항식은, 각각, y의 다항식을 계수로 갖는 x에 대한 다항식이고, 마찬가지로 x의 다항식을 계수로 갖는 y에 대한 다항식입니다. 다항식
x2y2+3x3+4y=(3)x3+(y2)x2+(4y)=(x2)y2+(4)y+(3x3)
x에 대해 차수 3을 가지고 y에 대해 차수 2를 가집니다.

Degree function in abstract algebra

링(ring) R이 주어지면, 다항식 링(polynomial ring) R[x]는 R에서 계수를 가지는 x에서 모든 다항식의 집합입니다. R은 역시 필드(field)인 특별한 경우에서, 다항식 링 R[x]는 주요 아이디얼 도메인(principal ideal domain)이고, 여기서 우리의 논의에서 보다 중요하게, 유클리드 도메인(Euclidean domain)입니다.
필드에 걸쳐 다항식의 차수는 유클리드 도메인에서 노름 함수의 요구-사항의 모두를 충족시킨다는 것을 알 수 있습니다. 즉, 두 다항식 f(x)와 g(x)가 주어지면, 곱 f(x)g(x)의 차수는 개별적으로 fg 둘 다의 차수보다 커야 합니다. 사실, 얼마쯤 더 강한 것이 유지됩니다:
차수(f(x)g(x)) = 차수(f(x)) + 차수(g(x))
차수 함수가 필드가 아닌 링에 걸쳐 실패할 수 있는 이유의 예제에 대해, 다음 예제를 취하십시오. R = Z/4Z, 정수 모듈로(modulo) 4의 링으로 놓습니다. 이 링은 2 × 2 = 4 ≡ 0 (모드 4)이기 때문에 필드가 아닙니다 (그리고 심지어 정수 도메인(integral domain)도 아닙니다). 그러므로, f(x) = g(x) = 2x + 1.로 놓습니다. 그런-다음, f(x)g(x)=4x2+4x+1=1입니다. 따라서 차수(fg) = 0이며 이것은 fg의 차수 (각각 1 차수를 가짐)의 차수보다 더 크지 않습니다.
노름 함수는 링의 영 원소에 대해 정의되지 않았으므로, 우리는 다항식 f(x) = 0의 차수를 그것이 유클리드 도메인에서 노름의 규칙을 따르도록 역시 정의되지 않은 것으로 여집니다.

References

External links