多项式的次数

代数

duō xiàng shì de cì shù

多项式的次数是多项式中变量最大指数的值,它决定了多项式图像的大致形状和变化趋势。

Visualization

Definition

多项式的次数是它最大的指数:系数非零的那一项中变量的最大指数(单独的常数,如 $8$,次数为 $0$,可看作 $8x^0$)。对多元多项式而言,每一项的次数是该项中所有变量指数之和,多项式的次数则是其中最大的那个和。次数决定了端点行为:$1$ 次多项式的图像是一条直线,$2$ 次是 U 形抛物线,偶数次多项式图像的两端指向同一方向,奇数次多项式的两端指向相反方向。严格地说,次数函数 $\deg: F[x] \to \mathbb{Z}_{\ge 0} \cup \{-\infty\}$(其中 $\deg(0) = -\infty$)满足 $\deg(fg) = \deg(f) + \deg(g)$ 及 $\deg(f+g) \le \max(\deg(f), \deg(g))$,这使 $F[x]$ 成为一个分次环,而且它限定了根的个数:非零的 $n$ 次多项式在任意域中至多有 $n$ 个根,在代数闭域中恰好有 $n$ 个。

Example

$5x^3 + 2x - 7$ 的次数为 $3$,$4x^2 + x$ 的次数为 $2$。$7x^4 - 3x^2 + x - 1$ 的次数为 $4$;对 $3x^2y + 2xy^3 - y$ 而言,各项的次数分别为 $3, 4, 1$,所以该多项式的次数为 $4$。$\mathbb{R}$ 上的一个 $5$ 次多项式至多有 $5$ 个实根,恰好有 $5$ 个复根(计入重数);$x^5 - 1$ 有 $1$ 个实根和 $4$ 个复根。

Key Insight

次数告诉你这个表达式的"威力等级"以及它弯曲的方式。同样的想法,即次数限定了图像与任意水平直线的交点个数,使次数成为贯穿相交理论与代数几何的一个基本不变量。