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964: １３２人目の素数さん [] 2024/06/06(木) 05:02:24.69 ID:c8Ms097X(1/5) AAS
平面上の点を複素数$z=x+iy$の集合とみなしたものを複素平面と言います。複素平面上の点の動きを追跡することによって方程式$z^n+a_1z^{n-1}+a_2z^{n-2}+\cdots+a_n=0$ $(a_j\in\mathbb{C})$が常に複素数解を持つことを示したのはガウスでした。この結果は\textbf{代数学の基本定理}と呼ばれています。ガウスの証明は$n$次多項式$z^n+a_1z^{n-1}+a_2z^{n-2}+\cdots+a_n$が平面から平面への関数とみなせることをふまえています。$n=1$であれば方程式は$z+a_1=0$となり、解が$z=-a_1$であることは直ちに分かりますが、この式から「解の個数が$a_1$の取り方によらずただ1個である。」ということが読み取れれば、一般の$n$に対する証明の方針を立てることができます。
965: １３２人目の素数さん [] 2024/06/06(木) 05:03:22.16 ID:c8Ms097X(2/5) AAS
多項式を多項式で割った形をした式を有理式と言います。一般の有理式を平面上の関数とみなすためには、分母が0になる点では値として$\infty$を取ることも許さねばなりません。しかしそのように取る値の範囲を拡げ、$z$の動く範囲も平面全体に無限遠点$\infty$を追加した形の$\hat{\mathbb{C}}:=\mathbb{C}\cup\{\infty\}$へと拡げれば、代数学の基本定理を有理式に対して拡げることができます。詳しくは、$z^m+b_1z^{m-1}+\cdots+b_m=0$と$z^n+a_1z^{n-1}+\cdots+a_n=0$が共通の解をもたない場合に方程式$$\frac{z^n+a_1z^{n-1}+\cdots+a_n}{z^m+b_1z^{m-1}+\cdots+b_m}=c$$の解の個数を重複度を込めて数えれば、その値は$c\in\hat{\mathbb{C}}$のとり方によらずに$\max\{m,n\}$\footnote{$m$と$n$の大きい方}になります。
966: １３２人目の素数さん [] 2024/06/06(木) 05:04:56.45 ID:c8Ms097X(3/5) AAS
$\hat{\mathbb{C}}$は自然に一つの球面と同一視することができます。それは\textbf{立体射影}と呼ばれる方法によります。つまり複素平面$\mathbb{C}$上に原点で接する半径$\frac{1}{2}$の球$K$を考え、$\mathbb{C}$の原点で直交する空間座標軸$\xi, \eta, \zeta$を考え、$\xi$軸は実軸と一致し、$\eta$軸は虚軸と一致するものとして、$K$の北極$(0,0,1)$と$\mathbb{C}$上の任意の点$z=x+iy$とを結べば、その直線は$K$と一点で交わります。この対応を$\infty\mapsto(0,0,1)$へと拡げたものが立体射影です。
967: １３２人目の素数さん [] 2024/06/06(木) 05:05:52.45 ID:c8Ms097X(4/5) AAS
多項式でない簡単な有理式と言えば$\frac{1}{z}$ でしょうが、この場合$\frac{1}{z}=c$の解は、$c=0$のとき$z=\infty$, $c\notin\mathbb{C}\setminus\{0\}$のとき$ z=\frac{1}{c}$, $c=\infty$のとき$z=0$となります。この対応を$K$で見れば、球面の上半分と下半分が入れ替わっています。
メビウスが調べたのは\begin{equation}\frac{az+b}{cz+d}\;\;\;(ad-bc\neq0)\end{equation}の形をした有理式です。式の形からこれらは\textbf{一次分数変換}と呼ばれますが、これらが$K$または$\hat{\mathbb{C}}$のどんな変換であるかを詳しく調べたメビウスにちなんで\textbf{メビウス変換}とも呼ばれます。
969: １３２人目の素数さん [] 2024/06/06(木) 06:59:26.91 ID:c8Ms097X(5/5) AAS
その馬鹿さ加減が問題
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