1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

الرياضيات : الجبر : مواضيع عامة في الجبر :

Symmetric Polynomial

المؤلف:  Borwein, P. and Erdélyi, T

المصدر:  Polynomials and Polynomial Inequalities. New York: Springer-Verlag

الجزء والصفحة:  ...

23-2-2019

1011

Symmetric Polynomial

 

A symmetric polynomial on n variables x_1, ..., x_n (also called a totally symmetric polynomial) is a function that is unchanged by any permutation of its variables. In other words, the symmetric polynomials satisfy

 f(y_1,y_2,...,y_n)=f(x_1,x_2,...,x_n),

(1)

where y_i=x_(pi(i)) and pi being an arbitrary permutation of the indices 1, 2, ..., n.

For fixed n, the set of all symmetric polynomials in n variables forms an algebra of dimension n. The coefficients of a univariate polynomial f(x) of degree n are algebraically independent symmetric polynomials in the roots of f, and thus form a basis for the set of all such symmetric polynomials.

There are four common homogeneous bases for the symmetric polynomials, each of which is indexed by a partition lambda(Dumitriu et al. 2004). Letting l be the length of lambda, the elementary functions e_lambda, complete homogeneous functions h_lambda, and power-sum functions p_lambda are defined for l=1 by

e_(lambda_1) = sum_(j_1<j_2<...<j_(lambda_1))x_(j_1)...x_(j_(lambda_1))

(2)

h_(lambda_1) = sum_(m_1+...+m_n=lambda_1)product_(j=1)^(n)x^(m_j)

(3)

p_(lambda_1) = sum_(j=1)^(n)x^(lambda_1),

(4)

and for l>1 by

 s_lambda=product_(i=1)^ls_(lambda_i)

(5)

where s is one of eh or p. In addition, the monomial functions m_lambda are defined as

 m_lambda=sum_(sigma in S_lambda)x_(sigma(1))^(lambda_1)x_(sigma(2))^(lambda_2)...x_(sigma(m))^(lambda_m),

(6)

where S_lambda is the set of permutations giving distinct terms in the sum and lambda is considered to be infinite.

As several different abbreviations and conventions are in common use, care must be taken when determining which symmetric polynomial is in use.

The elementary symmetric polynomials Pi_k(x_1,...,x_n) (sometimes denoted sigma_k or e_lambda) on n variables <span style={x_1,...,x_n}" src="http://mathworld.wolfram.com/images/equations/SymmetricPolynomial/Inline41.gif" style="height:14px; width:66px" /> are defined by

Pi_1(x_1,...,x_n) = sum_(1<=i<=n)x_i

(7)

Pi_2(x_1,...,x_n) = sum_(1<=i<j<=n)x_ix_j

(8)

Pi_3(x_1,...,x_n) = sum_(1<=i<j<k<=n)x_ix_jx_k

(9)

Pi_4(x_1,...,x_n) = sum_(1<=i<j<k<l<=n)x_ix_jx_kx_l

(10)

|

(11)

Pi_n(x_1,...,x_n) = product_(1<=i<=n)x_i.

(12)

The kth elementary symmetric polynomial is implemented in the Wolfram Language as SymmetricPolynomial[k<span style={" src="http://mathworld.wolfram.com/images/equations/SymmetricPolynomial/Inline61.gif" style="height:14px; width:5px" />x1, ..., xn<span style=}" src="http://mathworld.wolfram.com/images/equations/SymmetricPolynomial/Inline62.gif" style="height:14px; width:5px" />]. SymmetricReduction[f<span style={" src="http://mathworld.wolfram.com/images/equations/SymmetricPolynomial/Inline63.gif" style="height:14px; width:5px" />x1, ..., xn<span style=}" src="http://mathworld.wolfram.com/images/equations/SymmetricPolynomial/Inline64.gif" style="height:14px; width:5px" />] gives a pair of polynomials <span style={p,q}" src="http://mathworld.wolfram.com/images/equations/SymmetricPolynomial/Inline65.gif" style="height:14px; width:33px" /> in x_1, ..., x_n where p is the symmetric part and q is the remainder.

Alternatively, Pi_j(x_1,...,x_n) can be defined as the coefficient of x^(n-j) in the generating function

 product_(1<=i<=n)(x+x_i).

(13)

For example, on four variables x_1, ..., x_4, the elementary symmetric polynomials are

Pi_1(x_1,x_2,x_3,x_4) = x_1+x_2+x_3+x_4

(14)

Pi_2(x_1,x_2,x_3,x_4) = x_1x_2+x_1x_3+x_1x_4+x_2x_3+x_2x_4+x_3x_4

(15)

Pi_3(x_1,x_2,x_3,x_4) = x_1x_2x_3+x_1x_2x_4+x_1x_3x_4+x_2x_3x_4

(16)

Pi_4(x_1,x_2,x_3,x_4) = x_1x_2x_3x_4.

(17)

The power sum S_p(x_1,...,x_n) is defined by

 S_p(x_1,...,x_n)=sum_(k=1)^nx_k^p.

(18)

The relationship between S_p and Pi_1, ..., Pi_p is given by the so-called Newton-Girard formulas. The related function s_p(Pi_1,...,Pi_n) with arguments given by the elementary symmetric polynomials (not x_n) is defined by

s_p(Pi_1,...,Pi_n) = (-1)^(p-1)S_p(x_1,...,x_n)

(19)

= (-1)^(p-1)sum_(k=1)^(n)x_k^p.

(20)

It turns out that s_p(Pi_1,...,Pi_n) is given by the coefficients of the generating function

 ln(1+Pi_1t+Pi_2t^2+Pi_3t^3+...)=sum_(k=1)^infty(s_k)/kt^k 
=Pi_1t+1/2(-Pi_1^2+2Pi_2)t^2+1/3(Pi_1^3-3Pi_1Pi_2+3Pi_3)t^3+...,

(21)

so the first few values are

s_1 = Pi_1

(22)

s_2 = -Pi_1^2+2Pi_2

(23)

s_3 = Pi_1^3-3Pi_1Pi_2+3Pi_3

(24)

s_4 = -Pi_1^4+4Pi_1^2Pi_2-2Pi_2^2-4Pi_1Pi_3+4Pi_4.

(25)

In general, s_p can be computed from the determinant

 s_p=(-1)^(p-1)|Pi_1 1 0 0 ... 0; 2Pi_2 Pi_1 1 0 ... 0; 3Pi_3 Pi_2 Pi_1 1 ... 0; 4Pi_4 Pi_3 Pi_2 Pi_1 ... 0; | | | | ... 1; pPi_p Pi_(p-1) Pi_(p-2) Pi_(p-3) ... Pi_1|

(26)

(Littlewood 1958, Cadogan 1971). In particular,

S_1(x_1,...,x_n) = sum_(k=1)^(n)x_k=Pi_1

(27)

S_2(x_1,...,x_n) = Pi_1^2-2Pi_2

(28)

S_3(x_1,...,x_n) = Pi_1^3-3Pi_1Pi_2+3Pi_3

(29)

S_4(x_1,...,x_n) = Pi_1^4-4Pi_1^2Pi_2+2Pi_2^2+4Pi_1Pi_3-4Pi_4

(30)

(Schroeppel 1972), as can be verified by plugging in and multiplying through.


REFERENCES:

Borwein, P. and Erdélyi, T. Polynomials and Polynomial Inequalities. New York: Springer-Verlag, p. 5, 1995.

Cadogan, C. C. "The Möbius Function and Connected Graphs." J. Combin. Th. B 11, 193-200, 1971.

Dumitriu, I.; Edelman, A.; and Shuman, G. "MOPS: Multivariate Orthogonal Polynomials (Symbolically)." Preprint. March 26, 2004.

Littlewood, J. E. A University Algebra, 2nd ed. London: Heinemann, 1958.

Schroeppel, R. Item 6 in Beeler, M.; Gosper, R. W.; and Schroeppel, R. HAKMEM. Cambridge, MA: MIT Artificial Intelligence Laboratory, Memo AIM-239, p. 4, Feb. 1972. http://www.inwap.com/pdp10/hbaker/hakmem/geometry.html#item6.

Séroul, R. "Newton-Girard Formulas." §10.12 in Programming for Mathematicians. Berlin: Springer-Verlag, pp. 278-279, 2000.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي