Grad (Polynom)

Der Grad eines Polynoms in einer Variablen ist in der Mathematik der größte Exponent in dessen Standarddarstellung als Summe von Monomen. Beispielsweise ist der Grad des Polynom 2 X 5 − X 3 + 7 X 2 {\displaystyle 2X^{5}-X^{3}+7X^{2}} gleich 5, nämlich der Exponent des Monoms 2 X 5 {\displaystyle 2X^{5}} . Bei Polynomen in mehreren Variablen ist der Grad eines Monoms definiert als die Summe der Exponenten der enthaltenen Variablenpotenzen und der Grad eines Polynoms (auch Totalgrad genannt) als das Maximum der Grade der Monome, aus denen das Polynom besteht. So haben zum Beispiel das Monom X 2 Y 3 Z {\displaystyle X^{2}Y^{3}Z} und damit auch das Polynom − 3 X 2 Y 3 Z + 7 X 4 Y + X Y Z 2 {\displaystyle -3X^{2}Y^{3}Z+7X^{4}Y+XYZ^{2}} den Grad 6.^[1]

Sei R {\displaystyle R} ein kommutativer Ring, n > 0 {\displaystyle n>0} eine natürliche Zahl und R [ X 1 , … , X n ] {\displaystyle R[X_{1},\dots ,X_{n}]} der Polynomring in den Variablen X 1 , … , X n {\displaystyle X_{1},\dots ,X_{n}} . Ist

0 ≠ m := X 1 e 1 X 2 e 2 ⋯ X n e n ∈ R [ X 1 , … , X n ] {\displaystyle 0\neq m:=X_{1}^{e_{1}}X_{2}^{e_{2}}\cdots X_{n}^{e_{n}}\in R[X_{1},\dots ,X_{n}]}

ein Monom mit e 1 , … , e n ∈ N ∪ { 0 } {\displaystyle e_{1},\dots ,e_{n}\in \mathbb {N} \cup \{0\}} , so ist der Grad von m {\displaystyle m} definiert als

deg ⁡ ( m ) := e 1 + … + e n {\displaystyle \deg(m):=e_{1}+\ldots +e_{n}} .

Sei nun

0 ≠ f = a 1 m 1 + … + a r m r ∈ R [ X 1 , … , X n ] {\displaystyle 0\neq f=a_{1}m_{1}+\ldots +a_{r}m_{r}\in R[X_{1},\dots ,X_{n}]}

ein Polynom mit r ∈ N {\displaystyle r\in \mathbb {N} } , a 1 , … , a r ∈ R ∖ { 0 } {\displaystyle a_{1},\dots ,a_{r}\in R\setminus \{0\}} und Monomen m 1 , … , m r {\displaystyle m_{1},\dots ,m_{r}} . Dann ist der Grad oder Totalgrad von f {\displaystyle f} definiert als

deg ⁡ ( f ) := max j = 1 , … , r deg ⁡ ( m j ) {\displaystyle \deg(f):=\max _{j=1,\dots ,r}\deg(m_{j})} .

Es gibt verschiedene Konventionen zur Definition des Grades von 0 {\displaystyle 0} . In der Algebra ist es üblich, deg ⁡ ( 0 ) := − ∞ {\displaystyle \deg(0):=-\infty } zu setzen. Dagegen wird in den Bereichen der Mathematik, die sich mit der Lösung von algebraischen Problemen mit Hilfe von Computern befassen, häufig die Definition deg ⁡ ( 0 ) := − 1 {\displaystyle \deg(0):=-1} bevorzugt.

Bemerkung: Da Monome nur aus endlich vielen Faktoren bestehen, lässt sich die Definition des Grads eines Monoms und somit auch die Definition des Grads eines Polynoms direkt auf Polynomringe in beliebig vielen Variablen erweitern.

Seien f , g ∈ R [ X 1 , … , X n ] {\displaystyle f,g\in R[X_{1},\dots ,X_{n}]} Polynome über R {\displaystyle R} . Dann gilt

• deg ⁡ ( f g ) ≤ deg ⁡ ( f ) + deg ⁡ ( g ) {\displaystyle \deg(fg)\leq \deg(f)+\deg(g)} und
• deg ⁡ ( f + g ) ≤ max ( deg ⁡ ( f ) , deg ⁡ ( g ) ) {\displaystyle \deg(f+g)\leq \max(\deg(f),\deg(g))} .

Für den Fall deg ⁡ ( f ) ≠ deg ⁡ ( g ) {\displaystyle \deg(f)\neq \deg(g)} erhält man sogar deg ⁡ ( f + g ) = max ( deg ⁡ ( f ) , deg ⁡ ( g ) ) {\displaystyle \deg(f+g)=\max(\deg(f),\deg(g))} .

Ist R {\displaystyle R} ein Integritätsring, so gilt sogar

deg ⁡ ( f g ) = deg ⁡ ( f ) + deg ⁡ ( g ) {\displaystyle \deg(fg)=\deg(f)+\deg(g)}

für alle f , g ∈ R [ X i | i ∈ I ] {\displaystyle f,g\in R[X_{i}\;|\;i\in I]} .

Betrachte Polynome in Z [ X , Y , Z ] {\displaystyle \mathbb {Z} [X,Y,Z]} (siehe ganze Zahlen). Es gilt

• deg ⁡ ( X 5 ) = 5 {\displaystyle \deg(X^{5})=5} ,
• deg ⁡ ( X 2 Y 3 Z 4 ) = 2 + 3 + 4 = 9 {\displaystyle \deg(X^{2}Y^{3}Z^{4})=2+3+4=9} ,
• deg ⁡ ( X 7 Z 2 + 3 X 3 Y 3 − X Y 4 Z + 5 Y Z ) = deg ⁡ ( X 7 Z 2 ) = 9 {\displaystyle \deg(X^{7}Z^{2}+3X^{3}Y^{3}-XY^{4}Z+5YZ)=\deg(X^{7}Z^{2})=9} und
• deg ⁡ ( 3 X 4 Y 4 − X 2 Y 3 Z 3 + 3 Y 4 Z ) = deg ⁡ ( X 4 Y 4 ) = deg ⁡ ( X 2 Y 3 Z 3 ) = 8 {\displaystyle \deg(3X^{4}Y^{4}-X^{2}Y^{3}Z^{3}+3Y^{4}Z)=\deg(X^{4}Y^{4})=\deg(X^{2}Y^{3}Z^{3})=8} .

• Graduierung (Algebra)
• Bewertungstheorie

1. ↑ Spektrum.de