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解法:旺泽尔给出的倍立方问题代数不可能性证明(1837年)

第 3/5 步:艾森斯坦判别法表明 x3−2x^3-2 不可约
通俗地说

艾森斯坦判别法是一种快速的整除性检验:选定一个素数,检查它是否整除多项式除首项系数外的每一个系数,并且其平方不整除常数项。如果存在这样的素数,多项式就不可能分解成更小的整系数因子——有点像一把只有一把非常特殊、不会重复的钥匙的锁,无法拆分成两把更简单的锁。

对 x3−2x^3-2 而言,素数 22 几乎是恰好完成了这项工作:该多项式(除首项系数 11 外)唯一"隐藏"的系数是 0,0,−20, 0, -2,22 整除所有这些系数,而 44 不整除 −2-2。

P(x)=x3−2,2∣0, 2∣(−2), 2∤1, 4∤(−2)  ⟹  P irreducibleP(x) = x^3 - 2,\quad 2\mid 0,\ 2\mid(-2),\ 2\nmid 1,\ 4\nmid(-2) \implies P \text{ irreducible}
详细分析

艾森斯坦判别法指出:对整系数多项式 anxn+⋯+a1x+a0a_nx^n+\cdots+a_1x+a_0,若存在某个素数 pp 整除每个系数 a0,…,an−1a_0,\ldots,a_{n-1} 但不整除首项系数 ana_n,且 p2p^2 不整除 a0a_0,则该多项式在 Q\mathbb{Q} 上不可约。

把它用于 P(x)=x3−2P(x)=x^3-2,其系数为 a3=1, a2=0, a1=0, a0=−2a_3=1,\ a_2=0,\ a_1=0,\ a_0=-2。取 p=2p=2:它整除 a2=0a_2=0、a1=0a_1=0 与 a0=−2a_0=-2,但不整除首项系数 a3=1a_3=1;且 p2=4p^2=4 不整除 a0=−2a_0=-2。所有条件都满足,故 P(x)=x3−2P(x)=x^3-2 在 Q\mathbb{Q} 上不可约(这一论证已以等价形式出现在旺泽尔1837年的论文中,§III,早于艾森斯坦1850年后来对该判别法的一般表述)。

由于 PP 是 23\sqrt[3]{2} 的极小多项式且次数为 33,故 [Q(23):Q]=3[\mathbb{Q}(\sqrt[3]{2}):\mathbb{Q}] = 3。这正是最后一步所需要的数字:现在需要把它与第2步给出的允许次数清单 1,2,4,8,…1,2,4,8,\ldots 作比较。

本步骤中的术语
艾森斯坦判别法
一种判断在 Q\mathbb{Q} 上不可约的充分性检验:若某个素数 pp 整除多项式除首项外的每个系数,且 p2p^2 不整除常数项,则该多项式不能分解为更低次的整系数多项式。
本步骤用到的知识