數學英文

多項式之用

多項式 (polynomial) 本身就是一種學物件 (mathematics object)。例如 \(x^2+2x+1\) 就是一個 \(x\) 的多項式 (a polynomial in \(x\)),可以用另一個符號代表它,例如說「令 \(P\) 為多項式 \(x^2+2x+1\)」:

Let \(P\) be the polynomail \(x^2+2x+1\). 或者 Let \(P:=x^2+2x+1\)。

多項式形成一種代數結構 (algebraic structure), 多項式與多項式之間有相等關係,也能做加減乘除運算。 但是,只有代數領域的數學專業才會深入了解多項式的運算性質, 一般人(包括中學生)只是拿多項式當作方程或函數的表達式 (expression)。

當 \(P\) 是一元 \(n\) 次多項式

Let \(P\) be a polynomial in one indeterminate of degree \(n\).
則等式 \(P=0\) 就稱為 \(n\) 次方程,這時候多項式的「元」就有了未知數 (unknown) 的意義:
polynomial equation with one unknown of degree \(n\).
一次、二次、三次方程又稱為 linear equation、quadratic equation 和 cubic equation。

「解」是 solution,「根」是 root。多項式 \(P\) 的根就是方程 \(P=0\) 的解:

The roots of a polynomial \(P\) are the solutions of the equation \(P=0\)。

類似地,當 \(P\) 是 \(x\) 的 \(n\) 次多項式

Let \(P\) be a polynomial in \(x\) of degree \(n\).
則函數 \(f(x)=P\) 就稱為 \(n\) 次多項式函數:
polynomial function of degree \(n\)
中文可以簡稱為 \(n\) 次函數。這時候多項式的「元」就有了變數 (variable) 的意義。一次、二次、三次函數又稱為 linear function、quadratic function 和 cubic function。 同理,多項式函數 \(f(x)\) 的根就是方程 \(f(x)=0\) 的解:
The roots of a polynomial function \(f(x)\) are the solutions of the equation \(f(x)=0\).

當 \(P\) 是 \(x\) 和 \(y\) 的二元多項式:

Let \(P\) be a polynomial in \(x\) and \(y\).
則等式 \(P=0\) 就是二元方程式:
A polynomial equation with two variables.
它代表坐標平面上的一個圖形;例如 \(x^2+y^2-1=0\) 的圖形是單位圓。而三元方程式 (polynomial equations with three variables) 的圖形則是坐標空間中的曲面;例如 \(x^2+y^2+z^2-1=0\) 的圖形是單位球。

或者,當 \(P\) 和 \(Q\) 都是 \(x\) 和 \(y\) 的二元多項式,則 \[\left\{\array{ P=0\\ Q=0}\right.\] 是兩個未知數的聯立方程 (a system of equations in two unknowns)。

為了支援多項式的以上用途,我們必須會做基本的多項式加減乘除。其中除法很類似整數除法,西方稱為歐幾里德除法 (Euclidean division),它的一般算法是直式除法:long division,又譯為長除法,但是當除式 (divisor) 為特殊一次式 \(x-a\) 時,有一種快速算法,稱為綜合除法:synthetic division。

因為有除法,所以兩個多項式之間也有因式和倍式關係。因式的英文跟正整數的一樣,就是 divisor 或者 factor。英文很少說倍式。多項式的因式分解稱為 factorization of polynomials 或者 polynomial factorization。 注意「因式」至少是一次多項式,所以常數不能當作多項式的因式。 相對於正整數當中的質數,不可分解的多項式稱為 irreducible polynomial,譯作不可約多項式。不可再分解的因式,就稱為不可約因式 (irreducible factors)。

多項式除法原理是歐幾里德除法引理 Euclidean division lemma (for polynomials),用英文寫出來就跟正整數的情形一樣: \[\text{Dividend}=\text{Quotient}\times\text{Divisor}+\text{Remainder} \] 但是用中文寫,就特別表達了「式」跟「數」的差別: \[\text{被除式}=\text{商式}\times\text{除式}+\text{餘式}\]

[語音講解:polyop.mp3]

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Created: Aug 3, 2023
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