形式幂级数

更新时间:2022-08-25 13:22

在形式幂级数中,x从来不指定一个数值,且对收敛和发散的问题不感兴趣,感兴趣的是系数序列(a(0),a(1),...,a(n),...),我们研究形式幂级数完全可以归结为讨论这些系数序列,且这些系数序列又可看作含有分量a(0),a(1),...,a(n),...的无穷矢量,系数a(0)称为级数的常数系数。用近世代数的语言来讲,形式幂级数形成一个环,这个环对加法有零元(用0表示),对乘法有单位元(用1表示),如果从某项以后,形式幂级数的所有系数全为零,它被称为形式多项式。

定义

形式幂级数是一个数学中的抽象概念,是从幂级数中抽离出来的代数对象。形式幂级数和从多项式中剥离出来的多项式环类似,不过允许(可数)无穷多项因子相加,但不像幂级数一般要求研究是否收敛和是否有确定的取值。形式幂级数在代数和组合理论中有广泛应用

设x是一个符号, 为实数,则 称为以x为未定元的一个形式幂级数。约定:如果在形式幂级数 中某个 ,则 可略去。

在形式幂级数中,x从来不指定一个数值,且对收敛和发散的问题不感兴趣,感兴趣的是系数序列(a(0),a(1),...,a(n),...),我们研究形式幂级数完全可以归结为讨论这些系数序列,且这些系数序列又可看作含有分量a(0),a(1),...,a(n),...的无穷矢量,系数a(0)称为级数的常数系数。

运算

我们把形式幂级数看做是收敛的并在其上作代数运算

已知两个形式幂级数 ,则两级数之间可进行如下运算:

相等

若对所有的n>0,有a(n)=b(n),则称两形式幂级数相等,有A(x)=B(x)。

两形式幂级数的和定义为: 。两形式幂级数的和运算满足交换律结合律

乘积

两形式幂级数的乘积定义为: ,称序列{c(n)}为序列{a(n)}与序列{b(n)}的柯西乘积。两形式幂级数的乘积运算对加法满足分配律

逆元

定义

设有形式幂级数,若存在形式幂级数,使得,则称B(t)是A(t)的一个逆元

定理

形式幂级数有逆元的充分必要条件是,且若A(x)有逆元,则逆元必唯一。

证明:设A(x)有逆元,因为,所以,从而对任何一个自然数n,有:

因为,所以,把看成未知数,则上述方程组的系数行列式的值。由克莱姆法则可知,若A(x)有逆元,则且逆元唯一。

反之,设,令,则,且,于是,令,则,故是A(x)的逆元,也就是说当时,有逆元。

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