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第7节 由前面的讨论解方程X =0

作者:德-卡尔·弗里德里希·高斯/译者:邵林 当前章节:2113 字 更新时间:2026-7-17 01:14

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前面的定理以及它们的推论包含了整个理论的基本原理,我们现在可以讨论一下求Ω 中的根的值的方法。

首先,我们必须取模n 的原根g ,并且求出直到g n -2 的g 的各次方幂对于模n 的最小剩余。如果我们想把问题化归为最低可能次数的方程,就要把n -1分解成质因数。设这些(次序是任意的) 质因数是α ,β ,γ ,…,ζ ,并且设

把Ω 所有的根分成α 个有a 项的周期,这些周期中的每一个再分成β 个有b 项的周期,把这些周期的每个再分成γ 个周期,等等。像上个条目一样,确定一个α 次的方程(A ),它的根是α 个包含a 项构成的和,它们的值可以通过解这个方程来确定。

但是,这里出现了一个困难——应当使得哪个和等同于方程(A )的哪个根,似乎是不确定的,也就是说,哪个根应当用(a ,1)来表示,哪个根应当用(a ,g )来表示,等等。我们可以按照下面的方式解决这个困难。我们可以用(a ,1)表示方程(A )的任意的根。这是因为,这个方程的根是Ω 中a 个根的和,且Ω 中哪个根是用[1]表示完全是任意的,我们可以假设[1]表示构成方程(A )的根的其中一个,因此,方程(A )的这个根就是(a ,1)。但是,根[1]还不是完全确定的,因为从组成(a ,1)的根里我们选择哪一个作为[1]是完全任意的(也就是不确定的) 。一旦把(a ,1)确定下来,所有剩下的a 项的和都可以由它推导出来(条目346) 。因此,我们只需要求解出方程的一个根。为了同样的目的,我们还可以使用下面的非直接的方法。取一个确定的根作为[1],即令 ,整数k 可任意选取,但它不能被n 整除。在此之后,[2],[3],…也是确定的根,且和(a ,1),(a ,g )是确定的值。现在,如果用一张精确度足够高的正弦表来算出这些值,使得我们能判定哪些和是较大的,哪些和是较小的,那么关于怎样区分方程(A )的每个根的问题就不会存在任何疑问。

当我们用这种方法求出了所有α 个a 项的和之后,我们就用上个条目的方法确定β 次方程(B ),它的根是包含于(a ,1)的β 个b 项的和。这个方程的所有系数就都是已知的数。由于在这个阶段包含于(a ,1)的a =βb 中哪一个根是[1]还是任意的,那么方程(B )的任意一个根都可以表示为(b ,1),因为从这个方程的b 个根中假设其中一个是[1]是没有问题的。因此,我们就去求解方程(B )来确定其中的任意一个根。设这个根是(b ,1),根据条目346,可由它导出所有剩下的b 项的和。以这种方式,我们同时得到了一个判断计算的正确性的方法,因为就所有b 项(构成a 项的任意一个周期) 的和来说,它们这些和的和是已知的。在某些情况下,构建α -1个β 次的其他方程也是同样容易的。这些方程的根是这样的β 个和,每个和有b 项,且所有这些项是相应地分别包含在其余的有a 项的周期(a ,g ),(a ,g 2 ),…中,我们可以通过解这些方程和方程(B )来求出所有的根 。那么,同上,借助于正弦表,我们可以确定哪一个由b 项组成的周期与哪一个用这样的方法所求出的根是相等的。为了做出这种判断,我们还可以使用其他的方法,但这里就不详细解释了。其中一种方法在β =2的情况下特别有用,我们在下面的例子中使用这种方法。

在我们用这种方法求出所有αβ 个b 项的和的值之后,我们可以用一种类似的方法,通过γ 次方程确定所有αβγ 个c 项的和。也就是说,要么 ,按照条目350我们只能求出一个γ 次方程,它的根是γ 个包含于(b ,1)的c 项的和,并解这个方程求出一个根,令它是(c ,1),且最后通过条目346中的方法可以推导出所有剩下的和;要么 ,我们用类似的方法求出αβ 个γ 次的方程,它们的根分别是这样的γ 个和,每个和有c 项,每一项都包含于有b 项的每个周期中。我们可以求解所有这些方程,得到它们的根,并且和之前一样,在正弦表的帮助下确定根的次序。但是,对于γ =2的情况,我们可以使用下面的方法。

如果我们用这种方法继续下去,最终会得到所有的 个ζ 项的和;并且,如果我们用条目348中的方法求出这样的ζ 次方程,它们的根是Ω 中的属于(ζ ,1)的ζ 个根,那么它的所有系数就是已知数。并且,如果解这个方程求得它的任意一个根,那么就可以令这个根是[1],且它的方幂就给出了Ω 中所有其余的根。如果我们愿意,我们可以求出这个方程的所有的 根。然后,通过解其他的 个ζ 次方程(它们中的每一个方程的根是属于每个有ζ 项的周期中的ζ 个根) ,我们便可以求出Ω 中所有剩下的根。

显然,一旦我们解出第1个方程(A ),也就是一旦我们得到了所有α 个a 项的和的值之后,按照条目348,我们也就把函数X 分解成α 个a 次因式。进而,在解方程(B ),也就是求出所有αβ 个b 项的和的值之后,这些因式又可以再一次分解出β 个因式,因而函数X 就分解成αβ 个b 次因式,等等。

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