垫脚石(相关题 → 此题) 2023 年贵州预赛 · P006692
先在低次情形练习从区间取值控制系数,并构造全区间合格的极值多项式,再把这一思想用于任意次数的首项系数范数界。后题还先反射外根,使首项系数记录根模的乘积。
低次题可直接用几个节点提取系数;推广题使用切比雪夫界时,须核次数、首项和复系数适用性。
单位圆内取值的多项式下界
设复系数多项式
的根为 ,且对某个正整数 有
证明:存在实数 ,使得
这是解答题,请在纸上写出完整过程。写完后对照解答给自己评分。
先独立尝试,再展开工具说明与想法来源。
先回想这道题的想法,再试试当前题。
切比雪夫极值引理属于课外工具:首项系数为 的 次多项式在 上的最大模至少 。理由是 ,首项系数 ;若同首项的实多项式处处更小,与其作差会在 个交错极值点间产生 个零点,却只有至多 次。这里的根反射只需直接平方比较,不需复分析。
想法从哪来:逐个估计 的下界会丢掉不同根之间的协调关系,应尽量保留整个多项式。 先试把圆外根 换成其倒数共轭 :对应因子改为 ,在实区间内模不增,却把外根的模乘到了首项系数上。这样原来关于根的乘积要求就变成关于首项系数的区间下界。 再问首项系数已知的多项式能否在整个区间都很小。切比雪夫多项式在交错极值点给出最小可能尺度;复系数情形先旋转首项系数为正实数,再取实部即可接回实多项式结论。
把单位圆外的根用 Blaschke 型因子反射到圆内,得到一个首项系数模为外根模之积的同次数多项式; 再应用切比雪夫极值性质。
令
因为每个 都是 的因子, 仍是 次多项式;其首项系数为
模为 。
对任意 及 ,
因此 。
切比雪夫极值性质表明:任一首项系数为 的复系数 次多项式 ,均存在 使
将其用于 ,可取某个 使
得证。
单位圆外根满足严格不等式,分母因子确被 完全约去;边界 时模比较仍成立。 复系数情形可对 的实部应用通常切比雪夫首项系数下界,因此所引性质适用。
根的模条件与区间 同时出现时,可用 与 的模比较把外根反射; 首项系数随后由切比雪夫多项式给出不可突破的统一下界。
需设计把外圆根换成共轭倒数的多项式,使实区间模不增而首项放大为根模乘积,再应用区间首一多项式的极值界。
垫脚石(相关题 → 此题) 2023 年贵州预赛 · P006692
先在低次情形练习从区间取值控制系数,并构造全区间合格的极值多项式,再把这一思想用于任意次数的首项系数范数界。后题还先反射外根,使首项系数记录根模的乘积。
低次题可直接用几个节点提取系数;推广题使用切比雪夫界时,须核次数、首项和复系数适用性。
已记下,谢谢!