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代数学の基本定理md fe7fd91
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代数学だいすうがくの基本定理きほんていり

date2026-07-14document_iddoc_91b0331143ca1267f45dde812891ae52description代数学の基本定理を、複素数まで広げると多項式が一次因数へ分解できるという視点から整理する講義である。prerequisites多項式 / 複素数と複素平面 / 剰余の定理と因数定理type講義content_typelecturestatusactiverelateddata/lecture/math/algebra/polynomials.lecture.n.md / data/lecture/math/algebra/complex-numbers-and-complex-plane.lecture.n.md / data/lecture/math/algebra/remainder-and-factor-theorems.lecture.n.md / data/lecture/math/algebra/polynomial-factorization.lecture.n.md
mathalgebrapolynomialcomplexlecture

1導入どうにゅう

この講義こうぎでは、複素数ふくそすうまで数かずの範囲はんいを広ひろげると、0 でない定数ていすうでない多項式たこうしきは必かならず根こんを持もつ、ということを説明せつめいする。

実数じっすうだけでは

x2+1=0

は解かいを持もたない。しかし複素数ふくそすうでは i と -i を根こんに持もつ。このように、複素数ふくそすうは多項式方程式たこうしきほうていしきを解とくために閉とじた世界せかいになっている。

data/lecture/math/algebra/complex-numbers-and-complex-plane.lecture.n.md

2定理ていり 1:代数学だいすうがくの基本定理きほんていり

2.1仮定かてい

P(z) を複素数係数ふくそすうけいすうの 1 次じ以上いじょうの多項式たこうしきとする。

2.2結論けつろん

複素数ふくそすう α が存在そんざいして、

P(α)=0

となる。

2.3証明しょうめいについて

この定理ていりの完全かんぜんな証明しょうめいには、複素解析ふくそかいせきや位相いそうの道具どうぐを使つかうのが普通ふつうである。このページでは、定理ていりそのものを道具どうぐとして使つかい、因数分解いんすうぶんかいへの帰結きけつを証明しょうめいする。

3系けい 1:複素数ふくそすうでは一次因数いちじいんすうに分解ぶんかいできる

3.1仮定かてい

P(z) を複素数係数ふくそすうけいすうの n 次じの多項式たこうしきとし、最高次係数さいこうじけいすうを a とする。ただし n[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"ge\")")]1 とする。

3.2結論けつろん

複素数ふくそすう α1,…,αn が存在そんざいして、

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]P(z)=a(z-α1)(z-α2)⋯(z-αn)

と書かける。

3.3証明しょうめい

次数じすう n について帰納法きのうほうで示しめす。

n=1 では、P(z)=az+b=a(z+b/a) と書かけるので成立せいりつする。

n[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"ge\")")]2 とする。代数学だいすうがくの基本定理きほんていりより、P(α1)=0 となる複素数ふくそすう α1 が存在そんざいする。因数定理いんすうていりより、

P(z)=(z-α1)Q(z)

と書かける。ここで Q(z) は n-1 次じの多項式たこうしきで、最高次係数さいこうじけいすうは a である。

帰納法きのうほうの仮定かていを Q に使つかうと、

Q(z)=a(z-α2)⋯(z-αn)

と書かける。したがって

P(z)=a(z-α1)(z-α2)⋯(z-αn)

である。□

data/lecture/math/algebra/remainder-and-factor-theorems.lecture.n.md

4重根じゅうこんと重複度ちょうふくど

同おなじ根こんが複数回ふくすうかい現あらわれることがある。たとえば

P(z)=(z-2)3(z+1)

では、2 は 3 回かい現あらわれる。根こん 2 の重複度ちょうふくどは 3 である。

n 次じの多項式たこうしきは、重複度ちょうふくどを込こめて n 個この複素根ふくそこんを持もつ。

5実数係数じっすうけいすうの場合ばあい

実数係数じっすうけいすうの多項式たこうしきでも、複素数ふくそすうまで広ひろげれば一次因数いちじいんすうに分解ぶんかいできる。ただし実数係数じっすうけいすうだけで分解ぶんかいするなら、複素共役ふくそきょうやくな根こんが組くみになって二次因数にじいんすうを作つくる。

たとえば

x2+1=(x-i)(x+i)

だが、実数係数じっすうけいすうでは x2+1 はこれ以上いじょう一次式いちじしきには分解ぶんかいできない。

6一言ひとことでいうと

代数学だいすうがくの基本定理きほんていりは、複素数ふくそすうの世界せかいでは多項式たこうしきが根こんを持もち、最終的さいしゅうてきには一次因数いちじいんすうの積せきに分解ぶんかいできる、という定理ていりである。

7関連かんれんリンク

data/lecture/math/algebra/polynomials.lecture.n.md data/lecture/math/algebra/complex-numbers-and-complex-plane.lecture.n.md data/lecture/math/algebra/remainder-and-factor-theorems.lecture.n.md data/lecture/math/algebra/polynomial-factorization.lecture.n.md
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