极小多项式与特征多项式
在算子处的多项式求值
固定一个算子 T,考虑这样一条规则:它把多项式 p(x) 变成算子 p(T)——把每个 x 换成 T,每个常数 c 换成 cI,再把结果读作单个算子。例如 x^2 + 3x - 5 变成 T^2 + 3T - 5I。这条规则就是求值映射 ev_T: F[x] -> End(V)。
奇妙之处在于 ev_T 尊重一切算术。它把和送到和,把标量倍送到标量倍,而且——关键事实——把积送到积:(pq)(T) = p(T) q(T)。它还把常数多项式 1 送到恒等 I。一个保持加法、乘法与单位元的环间映射称为环同态,所以 ev_T 是从 F[x] 到 End(V) 的代数同态。
它的像是 F[T],即 T 的全体多项式构成的子代数,它自动是交换的——尽管整个 End(V) 并不交换——因为单一元素 T 的多项式彼此交换。它的核是被送到零算子的多项式集合,即恰是前几词条中的零化理想 I(T)。
现在环的第一同构定理闭合了这个回路:F[x] / ker(ev_T) 同构于像。既然核由极小多项式 m 生成,这便读作 F[x]/(m) 同构于 F[T]。于是关于 T 的代数的每个结构性事实,都是关于商环 F[x]/(m) 的事实——一次从算子到多项式的、极为干净的转移。
ev_T(p) = p(T), ev_T(pq) = p(T)q(T), ev_T(1) = I
ker(ev_T) = I(T) = (m_T)
F[x] / (m_T) is isomorphic to F[T]
在 T 处求值保持积与单位元;其核是零化理想,而诱导的同构把 F[x]/(m) 与代数 F[T] 等同起来。
求值之所以是环同态,恰因 F[x] 是单生成元上的自由交换代数:从它出发的同态由 x 的单一像所决定,且可自由选定。该万有性质正是“代入 T”总能奏效的抽象缘由。
又称
另见