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60的因数有哪些,60的因数有哪些其中奇数有哪些(群论:5次方程中的对称与可解)

百科 2025-12-28 09:07:06 投稿 阅读:7281次

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  • 1、60的因数有哪些
  • 2、群论:5次方程中的对称与可解

1、60的因数有哪些

1、60的因数有1120、30、60。

2、小学数学定义:假如a*b=c(a、b、c都是整数),那么我们称a和b就是c的因数。

3、需要注意的是,唯有被除数,除数,商皆为整数,余数为零时,此关系才成立。

4、整数(integer)是正整数、零、负整数的集合。

5、整数的全体构成整数集,整数集是一个数环。

6、在整数系中,零和正整数统称为自然数。

7、---…、-n、…(n为非零自然数)为负整数。

8、则正整数、零与负整数构成整数系。

9、整数不包括小数、分数。

2、群论:5次方程中的对称与可解

群论方程中的作用,就是它可以描述方程中的对称性

f(x) = x^3 +ax^2 + bx +c

= (x - x1)(x - x2)(x - x3)

= x^3 - (x1 + x2 + x3)x^2 + (x1x2 + x1x3 + x2x3)x - x1x2x3

= 0.

从上面的式子就可以获得根与系数的关系:

a = -(x1 + x2 + x3),

b = x1x2 + x1x3 + x2x3,

c = -x1x2x3,

以上是3次方程的韦达定理

如果是2次方程x^2 + ax + b = 0,就是人们熟知的a = -(x1 + x2), b = x1x2.

高次方程,实际上也一样。

既然要求根,那么先假设根已经求出来了,然后展开1次因式的乘积,就可以获得根与系数的关系。

1,韦达定理,关于根是对称的。

n次多项式方程里的第n-1次项的系数,是所有根的和的相反数。

3次方程里,这一项就是2次项。

2次方程里,这一项就是1次项。

常数项,是所有的根与(-1)^n的乘积,所以3次方程是c = -x1x2x3,而2次方程是b = x1x2:

(-1)^3 = -1, (-1)^2 = 1.

中间的第k项,都是从n个里任选k个根乘积然后求和,前面的符号是(-1)^k.

对于3次方程来说,中间只有1项:

最高次项不算,从n-1次项开始计数,1次项在3次方程里是第2项,所以它是任选2个根的乘积然后求和。

从3个里选2个,与从3个里选1个是一样的,可能的选法都是3种。

所以,3次方程的1次项系数是:(x1x2 + x2x3 + x1x3)(-1)^2 = x1x2 + x2x3 + x1x3.

韦达定理所有式子,在交换根的次序的情况下,都是不变的

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3次方程的韦达定理

也就是说,韦达定理对于根来说是对称的

2,方程是根的多元对称函数,

如果把方程不看做未知数的函数,而是看做根的函数,那么它是根的多元对称函数

f(x) = x^3 + ax^2 + bx + c

= x^3 - (x1+x2+x3)x^2 + (x1x2 + x2x3 + x1x3)x -x1x2x3

= F(x1, x2, x3) = 0.

任意改变F(x1, x2, x3)中的x1, x2, x3的次序,结果都是不变的,因为它除了乘积就是加法

如果有一个群G作用到根的下标上,那么F(x1, x2, x3)在G的作用下是不变的

群G的作用就是改变下标的次序,群G里的每个元素g都是一种改变方式

当方程是3次的时候,这种改变只有3! = 6种,也就是群G元素个数只有6个!

当方程是5次的时候,这种改变有5! = 120种

群G的元素个数叫做它的,一般用绝对值的符号表示。

当n = 5时,改变根的下标次序的这个群G的阶是:|G| = 5! = 120.

它与1, 2, 3, 4, 5的排列组合数是一样的,1,2,3,4,5的排列组合叫S5对称群

1,2,3的排列组合,叫S3对称群

像韦达定理这样的函数叫做对称函数

如果忽略掉符号(-1)^k,那么对称函数都是这样的:

右边是从n个里选k个不同的下标的所有可能乘积的求和。

如果一个高次方程能够求根,那么它的根一定是这样的

所以,方程的系数,实际上是通过根的对称变化合成出来的。

求根公式,就是把这种对称合成返回去

要想通过求根公式把它返回去,那么合成系数的这个对称群,必须是可解群

这是伽罗瓦定理的要求。

3,域的扩张与根的合成,

假设方程是(x - 2^0.5)(x - 3^0.5)(x - 5^0.5) = 0,那么展开之后它的系数是什么样的?

它在有理数Q上是多少维的向量空间?

里的元素,如果用有理数的坐标表示的话,基是多少维的

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多项式里的分裂域F(即包含方程的所有根的域)里的元素X,用有理数表示就是:

如果不把15^0.5添加到Q里,有理数没法合成15^0.5的:

它是两个根3^0.5 和 5^0.5,根据韦达定理的对称性合成出来的。

合成的方式,就是在生成1次项的系数时,选择所有可能的2个根的乘积再求和,15^0.5是其中之一。

伽罗瓦在1831年证明了,分裂域的子域伽罗瓦群的子群一一对应的:方程的可解对应着伽罗瓦群的可解(可以看我之前的文章)。

伽罗瓦群Sn对称群同构的,它们要么都可解,要么都不可解。

4,群的可解,

群G的可解,指的是有一条从G直到单位元e的、换位子群的导出链。

G->G1->G2->...->Gn->e.

当有这么1条链的时候,群G方程的根的作用,还可以变换回去

怎么选择的根合成的系数,再怎么把系数拆回到根,也就是根式求解。

换位子群这个概念,是从乘法的交换律引出来的。

群,是集合与集合上的“广义乘法”,而广义乘法不一定像数字乘法那样符合交换律

但是,群的单位元是符合交换律的:ae = ea,e是单位元。

所以,只要有一条换位子群的链能够到达单位元,群里的广义乘法可以返回去

这个“广义乘法”,在方程的求根问题上,就是根在合成系数时的排列组合

每一步,都相当于Sn对称群里的一个“广义乘法元素”

如果一个群的子集也是个群,就叫它的子群:因为群首先是个集合,其次是在集合上定义了乘法,最后是乘法要符合交换律、单位元、逆元、封闭

如果G是一个群,K是它的正规子群,那么G可解的充要条件是:K可解,同时G/K可解。

(G/K,指的是属于G、但不属于K的元素组成的集合,叫商群

正规子群的性质就是,aK = Ka,a属于G:也就是元素与它的乘法是符合交换律的。

G的换位子群G',被包含在G的一个正规子群K里,并且G/G'是交换的。

5,S5对称群不可解,

元素个数有限的群,叫有限群

拉格朗日证明了:有限群的阶(元素个数)能够被它的子群的整除

S5对称群有120个元素,它的子群A5交错群有60个元素,是它的一半。

根据可解的充要条件,S5可解的前提是A5可解。

柯斯特利金说的:A5除了单位元e之外,还包含15个2阶元(i j)(k j),20个3阶元(i j k),24个5阶元(1, i1, i2, i3, i4).

(i j)表示把标号i变成j,把j变成i,它的作用是把标号i和j对换,例如:

(1 2)x1 = x2,(1 2)x2 = x1.

(i j k)表示把标号按照 i->j->k->i的顺序循环变换,例如:

(1 2 3)(x1 - x2) = x2 - x3,(1 2 3)(x2 - x3) = x3 - x1.

2个的就是对换,多个的就是循环。

对换的就是交换群,循环的就是循环群,它们都是可解的。

(有兴趣的可以拿着1, 2, 3, 4, 5的排列组合去验证下,是不是可以这么拆开)

根据拉格朗日定理,A5的阶是60,它的子群K必须是单位元、2阶元、3阶元、5阶元的组合,而且K的阶(即元素个数)必须整除60

也就是说,子群K的元素个数必须是60的因数,但不能是1和60

如果是1,说明K是单位元e。

如果是60,说明K就是父群A5。

如果一个群的正规子群只有单位元e它自身,那么它是不可解的,这叫单群:就跟素数17的因数只有117一样,它没法分解质因数

|K| = 1 + a x 15 + b x 20 + c x 12 + d x 12,(1表示单位元e).

24个5阶元分成12x2份,一个是(1 2 3 4 5),另一个是(1 2 3 5 4).

60的因数有:1,2,3,4,5,6,10,12,15,20,30,60

a = b = c = d = 0,对应的|K| = 1

a, b, c, d不全是0的时候:

1)a必须是1或3,因为只有15是奇数,其他的都是偶数

如果a = 3,那么剩下的是60 - 1 - 45 = 14,它没法被拆成20和12的组合,无解。

所以a = 1,1 + 15 = 16.

2)超过16的因数只有20、30、60

20 - 16 = 4,显然没法用20和12组合出来。

30 - 16 =14,显然也没法用20和12组合出来。

60 - 16 = 44 = 1x20 + 2x12,但这么组合出来的 |K| = 60![捂脸]

所以,A5不是可解群。

所以,S5不是可解群。

所以,一般5次方程没有根式解。

下图是法国大数学家,拉格朗日(1736-1813),最后用的定理是他的。

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