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


Symmetric Polynomial  
  
675   03:38 مساءً   date: 23-2-2019
Author : Borwein, P. and Erdélyi, T
Book or Source : Polynomials and Polynomial Inequalities. New York: Springer-Verlag
Page and Part : ...


Read More
Date: 4-3-2019 762
Date: 4-3-2017 1175
Date: 19-1-2019 1967

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 {x_1,...,x_n} 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{x1, ..., xn}]. SymmetricReduction[f{x1, ..., xn}] gives a pair of polynomials {p,q} 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.




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.