Luận văn thạc sĩ về đồng dư đa thức trong toán học

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu về đồng dư đa thức, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong lĩnh vực .

• Tác giả: Nguyễn Thị Hoàn
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Kiều Nga
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Toán học
• Đề tài: Về đồng dư đa thức
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: KIẾN THỨC CHUẨN BỊ
• 1.1. Một số kiến thức cơ bản về đa thức một ẩn
• 1.1.1. Định nghĩa
• 1.1.2. Bậc của đa thức
• 1.1.3. Phép chia với dư
• 1.1.4. Nghiệm của đa thức
• 1.1.5. Ước chung lớn nhất, bội chung nhỏ nhất của đa thức
• 1.2. Một số định lý cơ bản của số học
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỒNG DƯ ĐA THỨC
• 2.1. Đồng dư đa thức với môđun một đa thức
• 2.2. Tập hợp gồm các lớp tương đương theo quan hệ đồng dư môđun một đa thức
• 2.3. Đồng dư đa thức với môđun nguyên tố
• 3. CHƯƠNG 3: MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA ĐỒNG DƯ ĐA THỨC TRONG GIẢI TOÁN SƠ CẤP
• 3.1. Tìm đa thức dư khi chia đa thức f (x) cho g(x) trong A[x]
• 3.2. Chứng minh đa thức f (x) chia hết cho đa thức g(x) trong A[x]
• 3.3. Bài toán về nghiệm của đa thức
• 3.4. Một số bài toán khác
• KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Đồng Dư Đa Thức Trong Toán Học

Nghiên cứu về đa thức là một lĩnh vực quan trọng trong toán học, không chỉ trong đại số mà còn trong giải tích, lý thuyết điều khiển và tối ưu. Các bài toán về đa thức thường xuyên xuất hiện trong các kỳ thi học sinh giỏi. Đồng dư đa thức là một khía cạnh được nhiều nhà toán học quan tâm, đặc biệt là các phương trình và đồng dư thức. Luận văn này tập trung vào đồng dư đa thức theo mô-đun một đa thức, số nguyên tố và lũy thừa của số nguyên tố. Các kết quả được tham khảo từ nhiều tài liệu, đồng thời đưa ra đặc trưng và tính chất của đồng dư đa thức theo mô-đun một đa thức. Luận văn cũng trình bày một số ứng dụng của đồng dư đa thức trong giải toán sơ cấp. Theo Nguyễn Thị Hoàn (2019), "Đồng dư đa thức theo môđun một đa thức có thể coi là tổng quát của khái niệm đồng dư thức đã biết."

1.1. Giới Thiệu Khái Niệm Cơ Bản Về Đa Thức

Trong vành giao hoán A, đa thức một ẩn có dạng f(x) = a0 + a1x + ... + amxm, với ai ∈ A và x là biến. Các ai là hệ số, aixi là hạng tử, a0 là hạng tử tự do. Tập hợp các đa thức ký hiệu là A[x]. Hai đa thức bằng nhau khi các hệ số tương ứng bằng nhau. Phép cộng và nhân đa thức được định nghĩa rõ ràng, biến A[x] thành một vành giao hoán có đơn vị. Nghiên cứu này tập trung vào các tính chất và ứng dụng của đa thức trong bối cảnh đồng dư.

1.2. Định Nghĩa và Tính Chất Của Số Học Đồng Dư

Số học đồng dư là một nhánh của lý thuyết số, nghiên cứu các số nguyên thông qua quan hệ đồng dư. Hai số nguyên a và b được gọi là đồng dư theo mô-đun m nếu hiệu a - b chia hết cho m. Quan hệ đồng dư là một quan hệ tương đương, và nó bảo toàn các phép toán cộng, trừ và nhân. Số học đồng dư có nhiều ứng dụng trong mật mã học, khoa học máy tính và các lĩnh vực khác. Định lý Fermat nhỏ và Định lý Euler là những kết quả quan trọng trong số học đồng dư.

II. Thách Thức Nghiên Cứu Đồng Dư Đa Thức và Bài Toán Liên Quan

Nghiên cứu về đồng dư đa thức đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt là khi giải các phương trình đồng dư bậc cao. Việc tìm nghiệm của đa thức trong một trường hữu hạn hoặc vành đồng dư có thể rất phức tạp. Một vấn đề quan trọng là xác định tính bất khả quy của đa thức trên một trường hữu hạn. Các thuật toán hiệu quả để kiểm tra tính bất khả quy và tìm nghiệm của đa thức là rất cần thiết. Ứng dụng của đồng dư đa thức trong mật mã học và mã sửa sai đòi hỏi các phương pháp tính toán hiệu quả và an toàn. Theo Nguyễn Thị Hoàn (2019), "Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng luận văn khó tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế."

2.1. Vấn Đề Tìm Nghiệm Của Phương Trình Đồng Dư Bậc Cao

Tìm nghiệm của phương trình đồng dư bậc cao là một bài toán khó trong lý thuyết số. Không có công thức tổng quát để giải các phương trình đồng dư bậc cao, và các phương pháp giải thường phụ thuộc vào cấu trúc cụ thể của đa thức và mô-đun. Các thuật toán như thuật toán Tonelli-Shanks có thể được sử dụng để tìm nghiệm của phương trình đồng dư bậc hai, nhưng chúng không tổng quát hóa cho các bậc cao hơn. Việc nghiên cứu các phương pháp hiệu quả để tìm nghiệm của phương trình đồng dư bậc cao là một lĩnh vực nghiên cứu tích cực.

2.2. Tính Bất Khả Quy Của Đa Thức Trên Trường Hữu Hạn

Tính bất khả quy của đa thức trên trường hữu hạn là một khái niệm quan trọng trong lý thuyết mã và mật mã học. Một đa thức được gọi là bất khả quy nếu nó không thể phân tích thành tích của hai đa thức có bậc nhỏ hơn. Việc kiểm tra tính bất khả quy của một đa thức có thể tốn kém về mặt tính toán, đặc biệt là đối với các đa thức có bậc lớn. Các thuật toán như thuật toán Berlekamp có thể được sử dụng để phân tích đa thức trên trường hữu hạn, nhưng chúng có độ phức tạp cao.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Đồng Dư Đa Thức Theo Mô đun

Nghiên cứu về đồng dư đa thức theo mô-đun sử dụng nhiều phương pháp từ đại số và lý thuyết số. Một phương pháp quan trọng là sử dụng định lý phép chia có dư để biểu diễn đa thức dưới dạng f(x) = g(x)q(x) + r(x), trong đó r(x) là phần dư. Quan hệ đồng dư được sử dụng để đơn giản hóa các biểu thức và giải các phương trình. Các định lý như Định lý Thặng dư Trung Hoa và Định lý Fermat nhỏ được áp dụng để giải các bài toán cụ thể. Việc sử dụng các công cụ phần mềm như Maple và Mathematica cũng giúp trong việc tính toán và kiểm tra các kết quả.

3.1. Ứng Dụng Định Lý Phép Chia Có Dư Trong Vành Đa Thức

Định lý phép chia có dư là một công cụ cơ bản trong vành đa thức. Nó cho phép biểu diễn một đa thức f(x) dưới dạng f(x) = g(x)q(x) + r(x), trong đó g(x) là đa thức chia, q(x) là thương và r(x) là phần dư. Bậc của r(x) nhỏ hơn bậc của g(x). Định lý này được sử dụng để đơn giản hóa các biểu thức đa thức và giải các bài toán về đồng dư đa thức. Ví dụ, để tìm phần dư của f(x) khi chia cho g(x), ta chỉ cần tính r(x).

3.2. Sử Dụng Quan Hệ Đồng Dư Để Giải Bài Toán

Quan hệ đồng dư là một công cụ mạnh mẽ để giải các bài toán trong lý thuyết số và đại số. Hai số nguyên a và b được gọi là đồng dư theo mô-đun m nếu a - b chia hết cho m. Quan hệ đồng dư là một quan hệ tương đương, và nó bảo toàn các phép toán cộng, trừ và nhân. Trong bối cảnh đa thức, quan hệ đồng dư được sử dụng để đơn giản hóa các biểu thức và giải các phương trình. Ví dụ, nếu f(x) ≡ g(x) (mod p(x)), thì f(x) và g(x) có cùng phần dư khi chia cho p(x).

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Đồng Dư Đa Thức Trong Toán Sơ Cấp

Đồng dư đa thức có nhiều ứng dụng trong giải toán sơ cấp, đặc biệt là trong các bài toán về chia hết đa thức, tìm nghiệm đa thức và các bài toán liên quan đến số học đồng dư. Việc sử dụng đồng dư đa thức giúp đơn giản hóa các bài toán và tìm ra các phương pháp giải hiệu quả. Các bài toán về đa thức thường xuất hiện trong các kỳ thi học sinh giỏi, và việc nắm vững kiến thức về đồng dư đa thức là rất quan trọng. Theo Nguyễn Thị Hoàn (2019), "Sử dụng đồng dư đa thức, chúng tôi nghiên cứu một số ứng dụng của đồng dư đa thức trong giải toán sơ cấp."

4.1. Cách Tìm Đa Thức Dư Khi Chia Đa Thức Trong A x

Việc tìm đa thức dư khi chia một đa thức f(x) cho một đa thức g(x) trong A[x] là một ứng dụng quan trọng của đồng dư đa thức. Theo định lý phép chia có dư, f(x) = g(x)q(x) + r(x), trong đó r(x) là đa thức dư. Để tìm r(x), ta có thể sử dụng thuật toán chia đa thức hoặc sử dụng quan hệ đồng dư. Ví dụ, nếu f(x) ≡ r(x) (mod g(x)), thì r(x) là đa thức dư.

4.2. Chứng Minh Đa Thức f x Chia Hết Cho Đa Thức g x

Để chứng minh một đa thức f(x) chia hết cho một đa thức g(x), ta cần chứng minh rằng f(x) ≡ 0 (mod g(x)). Điều này có nghĩa là phần dư của f(x) khi chia cho g(x) bằng 0. Ta có thể sử dụng các tính chất của đồng dư đa thức để đơn giản hóa biểu thức và chứng minh chia hết. Ví dụ, nếu f(x) = g(x)q(x), thì f(x) chia hết cho g(x).

4.3. Giải Bài Toán Về Nghiệm Của Đa Thức Bằng Đồng Dư

Đồng dư có thể được sử dụng để giải các bài toán về nghiệm của đa thức. Nếu a là một nghiệm của đa thức f(x), thì f(a) ≡ 0 (mod m) với mọi m. Ta có thể sử dụng quan hệ đồng dư để tìm các nghiệm của đa thức hoặc để chứng minh rằng một đa thức không có nghiệm. Ví dụ, nếu f(x) ≡ 0 (mod p) không có nghiệm, thì f(x) không có nghiệm nguyên.

V. Kết Luận và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Đồng Dư Đa Thức

Nghiên cứu về đồng dư đa thức là một lĩnh vực quan trọng và có nhiều ứng dụng trong toán học và các lĩnh vực khác. Luận văn này đã trình bày một số kết quả cơ bản về đồng dư đa thức, bao gồm định nghĩa, tính chất và ứng dụng trong giải toán sơ cấp. Hướng phát triển của nghiên cứu này có thể tập trung vào việc giải các phương trình đồng dư bậc cao, nghiên cứu tính bất khả quy của đa thức trên trường hữu hạn và ứng dụng trong mật mã học và mã sửa sai. Theo Nguyễn Thị Hoàn (2019), "Mặc dù đã rất cố gắng nhưng do thời gian và năng lực nghiên cứu còn hạn chế nên rất mong được sự góp ý của các thầy cô và các bạn đọc để luận văn được hoàn thiện hơn."

5.1. Tổng Kết Các Kết Quả Nghiên Cứu Về Đồng Dư Đa Thức

Luận văn đã trình bày một số kết quả cơ bản về đồng dư đa thức, bao gồm định nghĩa, tính chất và ứng dụng trong giải toán sơ cấp. Các kết quả này được tham khảo từ nhiều tài liệu và được trình bày một cách rõ ràng và chi tiết. Luận văn cũng đưa ra một số ví dụ minh họa để giúp người đọc hiểu rõ hơn về các khái niệm và phương pháp.

5.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Ứng Dụng Của Đồng Dư

Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc giải các phương trình đồng dư bậc cao, nghiên cứu tính bất khả quy của đa thức trên trường hữu hạn và ứng dụng trong mật mã học và mã sửa sai. Ngoài ra, có thể nghiên cứu các ứng dụng của đồng dư đa thức trong các lĩnh vực khác như khoa học máy tính, vật lý và kỹ thuật.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Đa thức là một khái niệm nền tảng trong toán học, đóng vai trò quan trọng trong đại số và các lĩnh vực liên quan như giải tích, lý thuyết điều khiển và tối ưu hóa. Trong chương trình toán phổ thông, đa thức là chuyên đề trọng yếu, đặc biệt trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi. Một trong những vấn đề được quan tâm sâu sắc là đồng dư đa thức, đặc biệt là đồng dư đa thức theo môđun một đa thức, mở rộng khái niệm đồng dư thức truyền thống.

Luận văn tập trung nghiên cứu đồng dư đa thức theo môđun một đa thức, đồng dư đa thức theo môđun số nguyên tố và lũy thừa số nguyên tố. Mục tiêu chính là xây dựng đặc trưng, tính chất của đồng dư đa thức và ứng dụng chúng trong giải toán sơ cấp. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các vành giao hoán có đơn vị, tập trung vào đa thức một ẩn với hệ số trong các trường và vành số nguyên.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển lý thuyết đồng dư đa thức, cung cấp công cụ giải quyết các bài toán đa thức trong toán học cơ bản và nâng cao. Các kết quả cũng góp phần làm rõ mối liên hệ giữa đồng dư đa thức và các định lý số học cổ điển như Định lý Fermat, Định lý Wilson, cũng như ứng dụng trong giải phương trình đồng dư bậc hai tổng quát. Qua đó, luận văn hỗ trợ nâng cao hiệu quả giảng dạy và nghiên cứu toán học ở bậc đại học và sau đại học.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình toán học sau:

• Đa thức một ẩn và vành đa thức: Khái niệm đa thức trong vành giao hoán có đơn vị, bậc đa thức, phép chia với dư, nghiệm đa thức, ước chung lớn nhất và bội chung nhỏ nhất của đa thức.
• Đồng dư đa thức theo môđun một đa thức: Đặc trưng và tính chất của quan hệ đồng dư đa thức, bao gồm tính phản xạ, đối xứng, bắc cầu và các phép toán cộng, nhân trên các lớp đồng dư.
• Đồng dư đa thức theo môđun số nguyên tố và lũy thừa nguyên tố: Ứng dụng các định lý số học cổ điển như Định lý Fermat, Định lý Wilson, Định lý Euler để nghiên cứu số nghiệm, điều kiện tồn tại nghiệm và cách tìm nghiệm của các phương trình đồng dư đa thức.
• Phương trình đồng dư bậc hai tổng quát: Phương pháp biến đổi và giải phương trình đồng dư bậc hai dạng tổng quát, sử dụng các kỹ thuật biến đổi đa thức và đồng dư tuyến tính.

Các khái niệm chính bao gồm: đa thức bất khả quy, đồng dư đa thức, lớp tương đương theo đồng dư, hàm Euler, thặng dư bậc hai, nghiệm bội, và các định lý số học liên quan.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu chủ yếu là các tài liệu toán học chuyên ngành, các định lý và kết quả đã được chứng minh trong lý thuyết đa thức và số học. Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Phân tích lý thuyết: Xây dựng và chứng minh các mệnh đề, định lý liên quan đến đồng dư đa thức theo môđun một đa thức và các trường hợp đặc biệt.
• Phương pháp đại số: Sử dụng phép chia đa thức với dư, tính chất của vành đa thức, và các phép biến đổi đại số để nghiên cứu đồng dư đa thức.
• Phương pháp số học: Áp dụng các định lý số học cổ điển để phân tích số nghiệm và điều kiện tồn tại nghiệm của các phương trình đồng dư đa thức.
• Phân tích ứng dụng: Triển khai các ứng dụng của đồng dư đa thức trong giải toán sơ cấp như tìm đa thức dư, chứng minh chia hết, xét nghiệm nguyên và đếm số nghiệm.

Quá trình nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian học tập tại trường Đại học Thái Nguyên, với sự hướng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Thị Kiều Nga. Cỡ mẫu nghiên cứu là tập hợp các đa thức trong vành giao hoán A[x], với A là trường hoặc vành số nguyên, được chọn để đảm bảo tính tổng quát và khả năng áp dụng rộng rãi. Phương pháp phân tích chủ yếu là chứng minh toán học kết hợp với các ví dụ minh họa cụ thể.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Đặc trưng đồng dư đa thức theo môđun một đa thức:
   Mệnh đề 2 cho thấy ba khẳng định tương đương về đồng dư đa thức: đồng dư theo môđun p(x), cùng đa thức dư khi chia cho p(x), và biểu diễn f(x) dưới dạng g(x) cộng với bội của p(x). Điều này làm rõ cấu trúc lớp tương đương trong A[x] theo môđun p(x).

   • Số phần tử của tập hợp lớp tương đương A[x]/(p(x)) là $|A|^d$ với d là bậc của p(x).

2. Tính chất của đồng dư đa thức:
   Quan hệ đồng dư có tính phản xạ, đối xứng, bắc cầu và bảo toàn các phép toán cộng, nhân, lũy thừa. Điều này cho phép xây dựng vành giao hoán trên các lớp đồng dư, mở rộng ứng dụng trong đại số.

3. Số nghiệm của đồng dư đa thức theo môđun số nguyên tố:
   Với p là số nguyên tố, đồng dư đa thức bậc n có tối đa n nghiệm modulo p, trừ trường hợp tất cả hệ số chia hết cho p. Ví dụ, phương trình đồng dư bậc hai modulo 5 có nghiệm là x ≡ 4 (mod 5).

   • Đồng dư đa thức có thể được giảm bậc bằng cách chia cho đa thức xp − x, giúp đơn giản hóa việc tìm nghiệm.

4. Nghiệm của đồng dư đa thức theo môđun lũy thừa nguyên tố:
   Phương pháp tìm nghiệm theo từng bước từ môđun p đến pk, sử dụng công thức Taylor đa thức và đồng dư tuyến tính.

   • Ví dụ giải phương trình x10 ≡ 24 (mod 125) cho thấy có 10 nghiệm khác nhau modulo 125.
   • Định lý cho biết điều kiện tồn tại và số lượng nghiệm của đồng dư đa thức modulo pk dựa trên đạo hàm của đa thức tại nghiệm modulo p.

Thảo luận kết quả

Các kết quả nghiên cứu làm sáng tỏ bản chất của đồng dư đa thức theo môđun một đa thức, mở rộng kiến thức về cấu trúc và tính chất của các lớp đồng dư trong vành đa thức. Việc xác định số phần tử của tập hợp lớp tương đương và điều kiện để tập hợp này là trường giúp ứng dụng trong lý thuyết trường và đại số trừu tượng.

So với các nghiên cứu trước, luận văn đã hệ thống hóa các tính chất đồng dư đa thức và áp dụng thành công các định lý số học cổ điển để giải quyết các bài toán đồng dư đa thức phức tạp hơn, đặc biệt là trong trường hợp môđun là lũy thừa nguyên tố. Việc sử dụng phương pháp phân tích đạo hàm đa thức và đồng dư tuyến tính để tìm nghiệm theo từng bước là điểm mới, giúp giải quyết các bài toán đồng dư đa thức modulo pk hiệu quả.

Các kết quả cũng có ý nghĩa thực tiễn trong việc giải các bài toán toán học sơ cấp liên quan đến đa thức, như tìm đa thức dư, chứng minh chia hết, và giải phương trình đồng dư bậc hai tổng quát. Dữ liệu có thể được trình bày qua các bảng tổng hợp số nghiệm theo từng môđun và biểu đồ minh họa quá trình tìm nghiệm theo từng bước môđun lũy thừa.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển phần mềm hỗ trợ tính toán đồng dư đa thức
   Xây dựng công cụ tính toán tự động các phép đồng dư đa thức theo môđun một đa thức và môđun lũy thừa nguyên tố, nhằm tăng tốc độ và độ chính xác trong nghiên cứu và giảng dạy. Thời gian thực hiện: 12 tháng. Chủ thể: các nhóm nghiên cứu toán học ứng dụng.

2. Mở rộng nghiên cứu sang đa thức nhiều ẩn
   Nghiên cứu đồng dư đa thức trong vành đa thức nhiều biến để áp dụng trong các bài toán phức tạp hơn trong đại số và lý thuyết số. Thời gian thực hiện: 18-24 tháng. Chủ thể: các viện nghiên cứu toán học.

3. Ứng dụng trong giảng dạy toán đại học và phổ thông nâng cao
   Biên soạn tài liệu giảng dạy và bài tập ứng dụng đồng dư đa thức, giúp sinh viên và học sinh nâng cao kỹ năng giải toán sơ cấp và đại số. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng. Chủ thể: các trường đại học và trung học phổ thông chuyên.

4. Tổ chức hội thảo chuyên đề về đồng dư đa thức và ứng dụng
   Tạo diễn đàn trao đổi, cập nhật các kết quả mới và ứng dụng thực tiễn của đồng dư đa thức trong toán học và các ngành liên quan. Thời gian thực hiện: hàng năm. Chủ thể: các tổ chức khoa học và giáo dục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành Toán học
   Giúp hiểu sâu về lý thuyết đồng dư đa thức, các định lý số học liên quan và phương pháp giải bài toán đồng dư đa thức phức tạp.

2. Giảng viên và giáo viên toán
   Cung cấp tài liệu tham khảo để giảng dạy các chuyên đề đại số, số học và toán sơ cấp, đồng thời phát triển bài tập nâng cao cho học sinh giỏi.

3. Nhà nghiên cứu toán học ứng dụng
   Áp dụng các kết quả đồng dư đa thức trong các lĩnh vực như mã hóa, lý thuyết điều khiển, và tối ưu hóa.

4. Người làm việc trong lĩnh vực công nghệ thông tin và mật mã
   Sử dụng kiến thức về đồng dư đa thức và số học để phát triển các thuật toán mã hóa, bảo mật thông tin và xử lý tín hiệu.

Câu hỏi thường gặp

1. Đồng dư đa thức theo môđun một đa thức là gì?
   Đây là quan hệ tương đương giữa hai đa thức khi hiệu của chúng chia hết cho một đa thức cho trước. Ví dụ, f(x) ≡ g(x) mod p(x) nghĩa là p(x) chia hết cho f(x) − g(x).

2. Làm thế nào để tìm đa thức dư khi chia một đa thức cho đa thức khác?
   Sử dụng định lý phép chia với dư, ta biểu diễn f(x) = g(x)q(x) + r(x) với deg r(x) < deg g(x). Đa thức r(x) là đa thức dư cần tìm.

3. Số nghiệm của phương trình đồng dư đa thức theo môđun số nguyên tố có giới hạn không?
   Có, với môđun là số nguyên tố p, phương trình đồng dư đa thức bậc n có tối đa n nghiệm modulo p, trừ trường hợp đặc biệt khi tất cả hệ số chia hết cho p.

4. Phương pháp tìm nghiệm đồng dư đa thức theo môđun lũy thừa nguyên tố như thế nào?
   Bắt đầu từ nghiệm modulo p, sau đó sử dụng công thức Taylor đa thức và đồng dư tuyến tính để tìm nghiệm modulo pk theo từng bước, đảm bảo tính nhất quán.

5. Ứng dụng thực tiễn của đồng dư đa thức là gì?
   Đồng dư đa thức được ứng dụng trong giải toán sơ cấp, chứng minh chia hết, giải phương trình đồng dư, cũng như trong các lĩnh vực mã hóa, lý thuyết điều khiển và tối ưu hóa.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng được đặc trưng và tính chất cơ bản của đồng dư đa thức theo môđun một đa thức, mở rộng kiến thức về vành đa thức và đồng dư đa thức.
• Nghiên cứu chi tiết các trường hợp đặc biệt khi môđun là số nguyên tố và lũy thừa nguyên tố, cung cấp phương pháp tìm nghiệm hiệu quả.
• Ứng dụng đồng dư đa thức trong giải toán sơ cấp được triển khai rõ ràng, giúp giải quyết các bài toán đa thức phức tạp.
• Kết quả nghiên cứu có giá trị thực tiễn trong giảng dạy, nghiên cứu và ứng dụng toán học, đặc biệt trong các lĩnh vực liên quan đến số học và đại số.
• Đề xuất các hướng phát triển tiếp theo bao gồm mở rộng sang đa thức nhiều ẩn, phát triển phần mềm hỗ trợ và ứng dụng trong giáo dục.

Để tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng, độc giả được khuyến khích áp dụng các kết quả và phương pháp trong luận văn vào các bài toán thực tế, đồng thời đóng góp ý kiến để hoàn thiện lý thuyết đồng dư đa thức.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC --------------------------- NGUYỄN THỊ HOÀN VỀ ĐỒNG DƯ ĐA THỨC LUẬN VĂN THẠC SĨ TOÁN HỌC THÁI NGUYÊN - 2019 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC --------------------------- NGUYỄN THỊ HOÀN VỀ ĐỒNG DƯ ĐA THỨC Chuyên ngành: Phương pháp Toán sơ cấp Mã số: 8 46 01 13 LUẬN VĂN THẠC SĨ TOÁN HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Nguyễn Thị Kiều Nga THÁI NGUYÊN - 2019 Lời cảm ơn Luận văn này được hoàn thành tại trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với TS Nguyễn Thị Kiều Nga, cô đã trực tiếp hướng dẫn tận tình và động viên tác giả trong suốt thời gian nghiên cứu vừa qua. Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn tới các quý thầy, cô giáo đã giảng dạy lớp cao học Toán K11A, các bạn học viên và đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường. Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình và người thân luôn khuyến khích động viên tác giả trong suốt quá trình học cao học và viết luận văn này. Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng luận văn khó tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế. Tác giả mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn đọc để luận văn được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 4 năm 2019 Tác giả Nguyễn Thị Hoàn i Mục lục Mở đầu 1 1 Kiến thức chuẩn bị 3 1.1 Một số kiến thức cơ bản về đa thức một ẩn .2 Bậc của đa thức .3 Phép chia với dư .4 Nghiệm của đa thức .5 Ước chung lớn nhất, bội chung nhỏ nhất của đa thức 7 1.2 Một số định lý cơ bản của số học .1 Đồng dư đa thức với môđun một đa thức .2 Tập hợp gồm các lớp tương đương theo quan hệ đồng dư môđun một .4 Đồng dư đa thức với môđun nguyên tố .5 Đồng dư đa thức với môđun lũy thừa nguyên tố .7 Phương trình đồng dư bậc hai tổng quát . 35 3 Một số ứng dụng của đồng dư đa thức trong giải toán sơ cấp 38 3.1 Tìm đa thức dư khi chia đa thức f (x) cho g(x) trong A[x] .2 Chứng minh đa thức f (x) chia hết cho đa thức g(x) trong A[x] 40 3.4 Bài toán về nghiệm của đa thức .5 Một số bài toán khác . 51 Kết luận 56 Tài liệu tham khảo 57 iii Mở đầu Đa thức là một khái niệm cơ bản và quan trọng của toán học. Đa thức không chỉ là đối tượng nghiên cứu của Đại số mà còn là công cụ quan trọng được sử dụng trong các nghiên cứu của Giải tích như Lý thuyết điều khiển, Lý thuyết tối ưu. Trong các kỳ thi học sinh giỏi trong và ngoài nước các bài toán về đa thức cũng thường được đề cập đến. Vì thế trong chương trình toán phổ thông đa thức là một chuyên đề quan trọng và cần thiết trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi. Đồng dư đa thức là một vấn đề được nhiều nhà toán học quan tâm khi nghiên cứu về đa thức mà trường hợp đặc biệt là các phương trình đồng dư hoặc các đồng dư thức. Vì thế "đồng dư đa thức theo môđun một đa thức" có thể coi là tổng quát của khái niệm "đồng dư thức" đã biết. Luận văn "Về đồng dư đa thức" nghiên cứu về đồng dư đa thức theo môđun một đa thức, đồng dư đa thức theo môđun số nguyên tố và lũy thừa một số nguyên tố. Các kết quả trong luận văn được tham khảo ở các tài liệu [2], [4], [6], [7]. Hơn nữa, chúng tôi cũng đưa ra được đặc trưng của đồng dư đa thức theo môđun một đa thức (Mệnh đề 2.2) và một số tính chất của đồng dư đa thức theo môđun một đa thức (Định lý 2. Sử dụng đồng dư đa thức, chúng tôi nghiên cứu một số ứng dụng của đồng dư đa thức trong giải toán sơ cấp. Luận văn gồm 3 chương. Chương 1: Trình bày một số kiến thức chuẩn bị về đa thức và một số tính chất số học cần thiết cho các chương sau. Chương 2: Nghiên cứu về đồng dư đa thức: Đồng dư đa thức theo môđun 1 một đa thức và một số trường hợp đặc biệt là môđun số nguyên tố và lũy thừa số nguyên tố. Chương 3: Trình bày một số ứng dụng của đồng dư đa thức trong toán sơ cấp. Mặc dù đã rất cố gắng nhưng do thời gian và năng lực nghiên cứu còn hạn chế nên rất mong được sự góp ý của các thầy cô và các bạn đọc để luận văn được hoàn thiện hơn. 2 Chương 1 Kiến thức chuẩn bị Trong chương này, chúng tôi nhắc lại một số kiến thức về đa thức một ẩn và kiến thức về số học như khái niệm đa thức, bậc, nghiệm của đa thức, một số định lý thường gặp như Định lý phép chia với dư, Định lý Bezout, Viete, hàm Euler, một số định lý quan trọng của số học,. nhằm thuận tiện cho việc theo dõi các chương sau.1 Một số kiến thức cơ bản về đa thức một ẩn 1.1 Định nghĩa Định nghĩa 1. Cho A là một vành giao hoán có đơn vị. Một đa thức một ẩn với hệ số trên A là một biểu thức có dạng: f (x) = a0 + a1 x + . + am xm , trong đó ai ∈ A với mọi i = 0, m và x là một kí hiệu gọi là biến. Khi đó, ai gọi là các hệ số thứ i của đa thức, ai xi gọi là hạng tử thứ i của đa thức, a0 gọi là hạng tử tự do. Kí hiệu A[x] là tập các đa thức một biến x với hệ số trong A. Cho hai đa thức f (x) = a0 + a1 x + . + an xn và g(x) = b0 + b1 x + . + bm xm 3 thuộc A[x]. Không giảm tính tổng quát, ta có thể giả sử m > n và m = n + t. + bn xn + bn+1 xn+1 + . Ta nói hai đa thức f (x) và g(x) là bằng nhau nếu ai = bi với mọi i = 0, n và bn+1 = . Cho hai đa thức f (x) = a0 + a1 x + . + an xn và g(x) = b0 + b1 x + . + bm xm thuộc A[x]. Khi đó max {n,m} X f (x) + g(x) = (ai + bi )xi . i=0 m+n X Xi  f (x)g(x) = aj bi−j xi . i=0 j=0 Quy ước ai = 0 nếu i > n và bi = 0 nếu i > m. Khi đó A[x] là một vành giao hoán có đơn vị với phép cộng và phép nhân các đa thức, A[x] gọi là vành đa thức một ẩn với hệ số trong A.2 Bậc của đa thức Định nghĩa 1. Bậc của đa thức khác 0 trong A[x] f (x) = a0 + a1 x + . + an−1 xn−1 + an xn là n nếu an 6= 0, kí hiệu deg f (x) = n. Quy ước, đa thức 0 không có bậc hoặc có bậc là −∞. Sau đây là tính chất về bậc của đa thức Định lý 1. 4 (i) Nếu f (x) + g(x) 6= 0 thì   n o deg f (x) + g(x) 6 max deg f (x), deg g(x) (ii) Nếu f (x)g(x) 6= 0 thì   deg f (x)g(x) 6 deg f (x) + deg g(x), đẳng thức sẽ xảy ra nếu A là miền nguyên.3 Phép chia với dư Định lý 1. Cho A là một vành giao hoán có đơn vị và f (x), g(x) là hai đa thức thuộc A[x], g(x) là đa thức có hệ số cao nhất khả nghịch trong A. Khi đó tồn tại duy nhất q(x), r(x) ∈ A[x] sao cho f (x) = g(x)q(x) + r(x) và deg r(x) < deg g(x) nếu r(x) 6= 0. Kết quả sau đây là hệ quả trực tiếp của Định lý phép chia với dư trong trường hợp đa thức g(x) là đa thức bậc nhất có hệ số cao nhất là 1. Cho A là một vành giao hoán có đơn vị và g(x) ∈ A[x], α ∈ A. Khi đó dư của phép chia f (x) cho x − α là f (α). Ta có lược đồ sau gọi là lược đồ Horner để tìm thương và dư của phép chia f (x) cho x − α. Giả sử n ai xi , an 6= 0. Theo Định lý phép chia với dư, chia f (x) cho P f (x) = i=0 x − α, ta được f (x) = (x − α)q(x) + r với r = f (α) và deg q(x) = n − 1. Giả sử q(x) = bn−1 xn−1 + . Đồng nhất các hệ số, ta có bn−1 = an , bn−2 = an−1 + αbn−1 , ., bk−1 = ak + αbk , . a1 a0 α bn−1 = an bn−2 = an−1 + αbn−1 . b0 = a1 + αb1 r = a0 + αb0 5 Nếu A là một trường, g(x) ∈ A[x], g(x) 6= 0 thì hiển nhiên hệ số cao nhất của g(x) là khả nghịch. Vì thế ta có ngay hệ quả sau: Hệ quả 1. Cho A là một trường và f (x), g(x) là hai đa thức thuộc A[x], g(x) 6= 0. Khi đó tồn tại duy nhất q(x), r(x) ∈ A[x] sao cho f (x) = g(x)q(x) + r(x) và deg r(x) < deg g(x) nếu r(x) 6= 0.4 Nghiệm của đa thức Trong toàn bộ mục này, ta luôn giả sử A là một vành giao hoán có đơn vị. Giả sử A là một vành con của vành giao hoán K . + an−1 xn−1 + an xn ∈ A[x]. Khi đó, số α ∈ K được gọi là nghiệm của đa thức f (x) trong K nếu f (α) = a0 + a1 α + . + an−1 αn−1 + an αn = 0, Từ Định lý Bezout ta có ngay bổ đề sau. Phần tử α ∈ A là nghiệm của f (x) ∈ A[x] khi và chỉ khi f (x) chia hết cho x − α. Cho K là vành giao hoán chứa vành A, f (x) ∈ A[x], α ∈ K . Nếu tồn tại số tự nhiên k 6= 0 sao cho f (x) chia hết cho (x − α)k nhưng f (x) không chia hết cho (x − α)k+1 thì α được gọi là nghiệm bội bậc k của f (x). Nếu k = 1 thì α được gọi là nghiệm đơn, k = 2 thì α được gọi là nghiệm kép. Từ Định nghĩa 1.11, ta có ngay bổ đề sau: Bổ đề 1. Phần tử α ∈ K là nghiệm bội bậc k của f (x) ∈ A[x] khi và chỉ khi f (x) chia hết cho (x − α)k . Sau đây là công thức Viete về mối liên hệ giữa các nghiệm của đa thức với các hệ số của đa thức đó.