बहुपद

For less elementary aspects of the subject, see Polynomial ring.

गणित में, बहुपद एक ऐसा व्यंजक है जिसमें अनिश्चित और गुणांक होते हैं, जिसमें केवल जोड़, घटाव, गुणा, और चर के गैर-ऋणात्मक पूर्णांक घातांक के संचालन सम्मिलित होते हैं। अनिश्चित x के बहुपद का एक उदाहरण: x² − 4x + 7 है। तीन चरों में एक उदाहरण: x³ + 2xyz² − yz + 1 है।

गणित और विज्ञान के कई क्षेत्रों में बहुपद उपस्थित होता है। उदाहरण: उनका उपयोग बहुपद समीकरण बनाने के लिए किया जाता है, जो प्राथमिक शब्द समस्याओं से लेकर जटिल वैज्ञानिक समस्याओं तक, समस्याओं की एक विस्तृत श्रृंखला को एन्कोड करते हैं;उनका उपयोग बहुपद कार्यों को परिभाषित करने के लिए किया जाता है, जो बुनियादी रसायन विज्ञान और भौतिकी से लेकर अर्थशास्त्र और सामाजिक विज्ञान तक की सेटिंग्स में दिखाई देते हैं;वे अन्य कार्यों को अनुमानित करने के लिए कैलकुलस और संख्यात्मक विश्लेषण में उपयोग किए जाते हैं।उन्नत गणित में, बहुपद का उपयोग बहुपद के छल्ले और बीजगणितीय किस्मों के निर्माण के लिए किया जाता है, जो बीजगणित और बीजगणितीय ज्यामिति में केंद्रीय अवधारणाएं हैं।

व्युत्पत्ति

बहुपद शब्द दो विविध आधार को जोड़ता है: ग्रीक पॉली, जिसका अर्थ है "कई", और लैटिन नाम, या "नाम"। यह लैटिन मूल द्वि- को ग्रीक पॉली- के साथ बदलकर द्विपद शब्द से लिया गया था। अर्थात् इसका अर्थ अनेक पदों (एकपदी) का योग है। बहुपद शब्द का प्रयोग पहली बार 17वीं शताब्दी में किया गया था।

संकेतन और शब्दावली

File:Polynomialdeg3.svg

ग्राफ 3 के बहुपद फलन का आलेख

बहुपद में होने वाले x को आमतौर पर एक चर या अनिश्चित कहा जाता है। जब बहुपद को व्यंजक के रूप में माना जाता है, तो x एक निश्चित प्रतीक है जिसका कोई मान नहीं है (इसका मान "अनिश्चित" है)। हालांकि, जब कोई बहुपद द्वारा परिभाषित फ़ंक्शन पर विचार करता है, तो x फ़ंक्शन के तर्क का प्रतिनिधित्व करता है, और इसलिए इसे "चर" कहा जाता है। कई लेखक इन दोनों शब्दों का परस्पर प्रयोग करते हैं।

अनिश्चित (इंडेटरमिनते) x में एक बहुपद P को आमतौर पर या तो P या P (x) के रूप में दर्शाया जाता है। औपचारिक रूप से, बहुपद का नाम P है, न कि P (x), लेकिन कार्यात्मक संकेतन P (x) का उपयोग उस समय से होता है जब बहुपद और संबंधित फ़ंक्शन के बीच का अंतर स्पष्ट नहीं था। इसके अलावा, कार्यात्मक संकेतन अक्सर एक वाक्यांश, एक बहुपद और उसके अनिश्चित में निर्दिष्ट करने के लिए उपयोगी होता है। उदाहरण के लिए, "मान लीजिए P (x) एक बहुपद है" के लिए एक आशुलिपि है" "मान लीजिए P अनिश्चित x में एक बहुपद है" के लिए एक आशुलिपि है। दूसरी ओर, जब अनिश्चित के नाम पर जोर देना आवश्यक नहीं है, तो कई सूत्र बहुत सरल और पढ़ने में आसान होते हैं यदि बहुपद की प्रत्येक घटना में अनिश्चित के नाम प्रकट नहीं होते हैं।

गणितीय वस्तु के लिए दो अंकन होने की अस्पष्टता को बहुपद के लिए कार्यात्मक संकेतन के सामान्य अर्थ पर विचार करके औपचारिक रूप से हल किया जा सकता है। यदि a एक संख्या, एक चर, एक अन्य बहुपद, या, अधिक सामान्य रूप से, किसी भी अभिव्यक्ति को दर्शाता है, तो P(a) परंपरा द्वारा, P में x के लिए a को प्रतिस्थापित करने के परिणाम को दर्शाता है। इस प्रकार, बहुपद P फ़ंक्शन को परिभाषित करता है।

$a\mapsto P(a),$

जो कि P से जुड़ा एक बहुपद फलन है। अक्सर, इस संकेतन का उपयोग करते समय, कोई यह मान लेता है कि a एक संख्या है। हालाँकि, कोई भी इसका उपयोग किसी भी डोमेन में कर सकता है जहाँ जोड़ और गुणा परिभाषित हैं (अर्थात कोई भी रिंग)। विशेष रूप से, यदि a एक बहुपद है तो P(a) भी एक बहुपद है।

अधिक विशेष रूप से, जब a अनिश्चित x है, तो इस फ़ंक्शन द्वारा x की छवि बहुपद P ही है (x के लिए x को प्रतिस्थापित करने से कुछ भी नहीं बदलता है)।

दूसरे शब्दों में,

$P(x)=P,$

जो औपचारिक रूप से एक ही बहुपद के लिए दो संकेतन के अस्तित्व को सही ठहराता है।

परिभाषा

बहुपद व्यंजक एक ऐसा व्यंजक है जो एक गैर-ऋणात्मक पूर्णांक घात के योग, गुणन और घातांक के माध्यम से स्थिरांक और प्रतीकों से बनाया जा सकता है जिन्हें चर या अनिश्चित कहा जाता है। स्थिरांक आम तौर पर संख्या होते हैं, लेकिन कोई भी अभिव्यक्ति हो सकती है जिसमें अनिश्चित शामिल नहीं होते हैं, और गणितीय वस्तुओं का प्रतिनिधित्व करते हैं जिन्हें जोड़ा और गुणा किया जा सकता है। दो बहुपद व्यंजकों को एक ही बहुपद को परिभाषित करने के रूप में माना जाता है, यदि वे रूपांतरित हो सकते हैं, एक से दूसरे में, जोड़ और गुणा के सामान्य गुणों को लागू करके कम्यूटेटिविटी, सहयोगीता और वितरण । उदाहरण के लिए $(x-1)(x-2)$ तथा $x^{2}-3x+2$ दो बहुपद व्यंजक हैं जो एक ही बहुपद को निरूपित करते हैं; तो, लिखा जाता है $(x-1)(x-2)=x^{2}-3x+2.$

एकल अनिश्चित x में एक बहुपद को हमेशा फॉर्म में लिखा (या फिर से लिखा) जा सकता है:

$a_{n}x^{n}+a_{n-1}x^{n-1}+\dotsb +a_{2}x^{2}+a_{1}x+a_{0},$

जहाँ पे $a_{0},\ldots ,a_{n}$ अचर हैं जो बहुपद के गुणांक कहलाते हैं, और $x$ अनिश्चित है। "अनिश्चित" शब्द का अर्थ है कि $x$ किसी विशेष मूल्य का प्रतिनिधित्व नहीं करता है, हालांकि इसके लिए किसी भी मूल्य को प्रतिस्थापित किया जा सकता है। मैपिंग जो इस प्रतिस्थापन के परिणाम को प्रतिस्थापित मान से जोड़ता है वह एक फ़ंक्शन है, जिसे बहुपद फ़ंक्शन कहा जाता है।

इसे और अधिक संक्षिप्त रूप से योग संकेतन का उपयोग करके व्यक्त किया जा सकता है:

$\sum _{k=0}^{n}a_{k}x^{k}$

अर्थात्, एक बहुपद या तो शून्य हो सकता है या गैर-शून्य पदों की एक परिमित संख्या के योग के रूप में लिखा जा सकता है। प्रत्येक पद में एक संख्या . का गुणनफल होता है – शब्द का गुणांक कहा जाता है और अनिश्चित की एक सीमित संख्या, गैर-ऋणात्मक पूर्णांक शक्तियों तक विस्तारित की गयी है।

वर्गीकरण

Further information: Degree of a polynomial

किसी पद में अनिश्चित काल के घातांक को उस पद में अनिश्चित काल की घात कहते हैं। किसी पद की घात उस पद की अनिश्चितताओं की घातों का योग है, और बहुपद की घात अशून्य गुणांक वाले पद की सबसे बड़ी घात है। क्योंकि x = x¹, एक लिखित घातांक के बिना एक अनिश्चित की डिग्री एक है।

जिस पद में कोई अनिश्चितता न हो और एक बहुपद जिसमें कोई अनिश्चितता न हो, तो उसे क्रमशः अचर पद और अचर बहुपद कहते हैं। अचर पद और अशून्य स्थिर बहुपद की घात 0 है। 0 की घात (जिसका कोई पद नहीं है) के लिए शून्य बहुपद को आमतौर पर परिभाषित नहीं माना जाता है (नीचे देखें)।

उदाहरण के लिए:

$-5x^{2}y$

$-5x^{2}y$

यह एक पद है। गुणांक -5 है, अनिश्चित x और y हैं, x की डिग्री दो है, जबकि y की डिग्री एक है। संपूर्ण पद की घात इसमें प्रत्येक अनिश्चित की घातों का योग है, इसलिए इस उदाहरण में घात 2 + 1 = 3 है।

अनेक पदों के योग से एक बहुपद बनता है। उदाहरण के लिए, निम्नलिखित एक बहुपद है:

$\underbrace {_{\,}3x^{2}} _{\begin{smallmatrix}\mathrm {term} \\\mathrm {1} \end{smallmatrix}}\underbrace {-_{\,}5x} _{\begin{smallmatrix}\mathrm {term} \\\mathrm {2} \end{smallmatrix}}\underbrace {+_{\,}4} _{\begin{smallmatrix}\mathrm {term} \\\mathrm {3} \end{smallmatrix}}.$

$\underset{\begin{array}{c}\mathrm{t}\mathrm{e}\mathrm{r}\mathrm{m}\\ 1\end{array}}{\underset{⏟<!--\; ⏟\; -->}{{}_{}3x^2}}\underset{\begin{array}{c}\mathrm{t}\mathrm{e}\mathrm{r}\mathrm{m}\\ 2\end{array}}{\underset{⏟<!--\; ⏟\; -->}{{-<!--\; -\; -->}_{}5x}}\underset{}{\underset{}{}}$