- Elementarsymmetrisches Polynom
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In der Mathematik heißt ein Polynom in mehreren Unbestimmten symmetrisch, wenn man die Unbestimmten untereinander vertauschen kann, ohne das Polynom zu verändern.
Betrachtet man beispielsweise die Polynome p = X + Y − 1 und q = X + Y2, so erhält man durch Vertauschen von X und Y die Polynome
- bzw. .
Da die Addition kommutativ ist, erhält man im Fall von p also dasselbe Polynom, d. h., p ist symmetrisch in X und Y, im Fall von q erhält man ein anderes Polynom, q ist nicht symmetrisch.
Handelt es sich bei dem Polynom um eine Funktion so spricht man auch von symmetrischen Funktionen beziehungsweise von elementarsymmetrischen Funktionen.Inhaltsverzeichnis
Formale Definition
Es seien n > 1 eine natürliche Zahl, A ein Ring. Dann heißt ein Polynom symmetrisch in , wenn
- für alle Permutationen
gilt.
Äquivalente Beschreibungen sind:
- Für alle ist
-
- d. h., man kann zwei beliebige Unbestimmte gegeneinander austauschen.
- Es sei
-
- Dann ist p genau dann symmetrisch, wenn
- für alle
- gilt. Anschaulich bedeutet das, dass der Koeffizient eines Monoms von p nur davon abhängt, welche Exponenten wie oft vorkommen, und nicht, bei welchen Unbestimmten.
- Die symmetrische Gruppe Sn operiert durch
-
- auf dem Polynomring . Ein Polynom ist genau dann symmetrisch, wenn es invariant unter dieser Operation ist, d. h., wenn
- σp = p für alle
- gilt. Eine mögliche Schreibweise für den Ring der symmetrischen Polynome ist deshalb
Beispiele
- Das Polynom X + Y ist symmetrisch in X und Y, jedoch nicht symmetrisch in X,Y,Z.
Elementarsymmetrische Polynome
Es seien Unbestimmte. Die Koeffizienten von
als Polynom in T sind symmetrisch in ; sie heißen elementarsymmetrische Polynome. Sie sind explizit angebbar als
Dabei kann man σk auch schreiben als
Eigenschaften
- Die zentrale Aussage über elementarsymmetrische Polynome ist: Jedes symmetrische Polynom lässt sich auf eindeutige Weise als Polynom in den elementarsymmetrischen Polynomen schreiben.
In Formeln:
- Es seien A ein Integritätsbereich,
-
- ein Polynom mit Koeffizienten in A und die (mit Vielfachheit gezählten) Nullstellen von p in einem algebraischen Abschluss des Quotientenkörpers von A. Dann gilt nach dem Wurzelsatz von Vieta:
Beispiele
- , allgemein sind die Potenzsummen mit den elementarsymmetrischen Polynomen durch die Newton-Identitäten verbunden.
- Das Polynom
-
- ist symmetrisch in , also kann man es als Polynom in den elementarsymmetrischen Polynomen schreiben. Ist nun
- ein Polynom mit Nullstellen wie oben und setzt man diese in Δ ein, so entsprechen die elementarsymmetrischen Ausdrücke bis auf die Vorzeichen den Koeffizienten ai, d. h., ist ein nur von n abhängendes Polynom in den Koeffizienten . Bis auf Definitionsvarianten beim Vorzeichen ist dieses Polynom die Diskriminante von p.
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