المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية
{افان مات او قتل انقلبتم على اعقابكم}
2024-11-24
العبرة من السابقين
2024-11-24
تدارك الذنوب
2024-11-24
الإصرار على الذنب
2024-11-24
معنى قوله تعالى زين للناس حب الشهوات من النساء
2024-11-24
مسألتان في طلب المغفرة من الله
2024-11-24


Stable Polynomial  
  
1041   03:23 مساءً   date: 23-2-2019
Author : Séroul, R
Book or Source : "Stable Polynomials." §10.13 in Programming for Mathematicians. Berlin: Springer-Verlag
Page and Part : ...


Read More
Date: 19-1-2019 850
Date: 13-2-2019 1094
Date: 8-3-2017 965

Stable Polynomial

 

A real polynomial P is said to be stable if all its roots lie in the left half-plane. The term "stable" is used to describe such a polynomial because, in the theory of linear servomechanisms, a system exhibits unforced time-dependent motion of the form e^(st), where s is the root of a certain real polynomial P(s)=0. A system is therefore mechanically stable iff P is a stable polynomial.

The polynomial x+a is stable iff a>0, and the irreducible polynomial x^2+ax+b is stable iff both a and b are greater than zero. The Routh-Hurwitz theorem can be used to determine if a polynomial is stable.

Given two real polynomials P and Q, if P and Q are stable, then so is their product PQ, and vice versa (Séroul 2000, p. 280). It therefore follows that the coefficients of stable real polynomials are either all positive or all negative (although this is not a sufficient condition, as shown with the counterexample x^3+x^2+x+1). Furthermore, the values of a stable polynomial are never zero for x>=0 and have the same sign as the coefficients of the polynomial.

It is possible to decide if a polynomial is stable without first knowing its roots using the following theorem due to Strelitz (1977). Let A=x^n+a_(n-1)x^(n-1)+...+a_0 be a real polynomial with roots alpha_1, ..., alpha_n, and construct B=x^m+b_(m-1)x^(m-1)+...+b_0 as the monic real polynomial of degree m=n(n-1)/2 having roots alpha_i+alpha_j for 1<=i<j<=n. Then A is stable iff all coefficients of A and B are positive (Séroul 2000, p. 281).

For example, given the third-order polynomial A=x^3+ax^2+bx+c, the sum-of-roots polynomial B is given by

 B=x^3+2ax^2+(a^2+b)x+(ab-c).

(1)

Resolving the inequalities given by requiring that each coefficient of A and B be greater than zero then gives the conditions for A to be stable as a>0b>00<c<ab.

Similarly, for the fourth-order polynomial A=x^4+ax^3+bx^2+cx+d, the sum-of-roots-polynomial is

 x^6+3ax^5+(3a^2+2b)x^4+(a^3+4ab)x^3+(2a^2b+b^2+ac-4d)x^2+(ab^2+a^2c-4ad)x+(abc-c^2-a^2d),

(2)

so the condition for A to be stable can be resolved to a>0b>00<c<ab0<d<(abc-c^2)/a^2.

The fifth-order polynomial is

 x^(10)+4ax^9+(6a^2+3b)x^8+(4a^3+9ab+c)x^7+(a^4+9a^2b+3b^2+4ac-3d)x^6+(3a^3b+6ab^2+5a^2c+2bc-5ad-11e)x^5+(3a^2b^2+b^3+2a^3c+6abc-c^2-2a^2d-2bd-22ae)x^4+(ab^3+4a^2bc+b^2c-4cd-16a^2e-4be)x^3+(2ab^2c+a^2c^2-bc^2+a^2bd+b^2d-3acd-4d^2-4a^3e-9abe+7ce)x^2+(abc^2-c^3+ab^2d-4ad^2-4a^2be-b^2e+4ace+4de)x+(abcd-c^2d-a^2d^2-ab^2e+bce+2ade-e^2).

(3)

The following Wolfram Language code computes the sum-of-roots polynomial B and inequalities obtained from the coefficients:

  RootSumPolynomial[r_List, x_]:=Module[
      {n = Length[r], i, j},
      RootReduce@Collect[Expand[
        Times@@((x - #)&/@Flatten[
          Table[r[[i]] + r[[j]], {i, n},
            {j, i+1, n}]])
      ], x]
  ]
  RootSumPolynomial[p_?PolynomialQ, x_]:=
    RootSumPolynomial[RootList[p, x], x]
  RootList[p_?PolynomialQ, x_]:=
    x /. {ToRules[Roots[p==0, x,
      Cubics -> False, Quartics -> False
    ]]}
  RootSumInequalities[p_?PolynomialQ, x_]:=
    And @@ (# > 0& /@
      Flatten[CoefficientList[#, x]& /@
        {RootSumPolynomial[p, x], p}])

while the following reduces the inequalities to a minimal set in the cubic case:

  Resolve[Exists[x, Element[(a | b | c | x), Reals],
    RootSumInequalities[x^3 + a x^2 + b x + c, x]
  ], {a, b, c}]

REFERENCES:

Séroul, R. "Stable Polynomials." §10.13 in Programming for Mathematicians. Berlin: Springer-Verlag, pp. 280-286, 2000.

Strelitz, S. "On the Routh-Hurwitz Problem." Amer. Math. Monthly 84, 542-544, 1977.

Tóth, J.; Szili, L.; and Zachár, A. "Stability of Polynomials." Mathematica Educ. Res. 7, 5-12, 1998.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.