Дан многочлен P(x) степени 4 с целыми коэффициентами, известное значение P(1)=2 и P(2)=3: какие методы вы бы использовали для оценки целочисленных делителей значений P(n) и какие дополнительные данные понадобятся для однозначного определения P(x)?
Кратко — методы и что ещё нужно. Методы для оценки целочисленных делителей значений P(n)P(n)P(n): - Факторная/модульная проверка (теорема о делении полинома): для любых целых nnnP(n)−P(1) делится на n−1,P(n)−P(2) делится на n−2,
P(n)-P(1)\ \text{делится на}\ n-1,\qquad P(n)-P(2)\ \text{делится на}\ n-2, P(n)−P(1)делитсянаn−1,P(n)−P(2)делитсянаn−2,
поэтому P(n)≡2(modn−1),P(n)≡3(modn−2).
P(n)\equiv 2\pmod{n-1},\qquad P(n)\equiv 3\pmod{n-2}. P(n)≡2(modn−1),P(n)≡3(modn−2).
Это даёт явные делители числа P(n)−2P(n)-2P(n)−2 и P(n)−3P(n)-3P(n)−3. - Конечные разности и факториалы: для многочлена степени 444 четвёртая конечная разность постоянна и равна Δ4P=4! a4=24a4,
\Delta^4 P=4!\,a_4=24a_4, Δ4P=4!a4=24a4,
где a4a_4a4 — старший коэффициент. Это даёт информацию о делимости значений разностей и, косвенно, об арифметических свойствах самих P(n)P(n)P(n). - Биномиальная базисная запись (удобно для делимости): P(x)=∑k=04ck(xk),
P(x)=\sum_{k=0}^{4} c_k\binom{x}{k}, P(x)=k=0∑4ck(kx),
причём при целых коэффициентах ck∈Zc_k\in\mathbb Zck∈Z. Из этого видно, какие факториалы и биномиальные множители обязательно входят в разности значений. - Интерполяция и модульные методы: подбирая значения P(x)P(x)P(x) по модулю различных простых чисел и применяя КТМ, можно ограничивать возможные остатки и делители; полезно оценивать коэффициенты по модулю больших чисел. - Вспомогательно — вычисление gcd\gcdgcd различных разностей P(n)−P(m)P(n)-P(m)P(n)−P(m) для разных mmm даёт общие делители. Какие дополнительные данные нужны для однозначного определения P(x)P(x)P(x): - Нужно знать ещё 333 значений в различных точках (всего 555 значений для многочлена степени 444), например P(0),P(3),P(4)P(0),P(3),P(4)P(0),P(3),P(4). Пять значений в разных точках однозначно определяют все коэффициенты. - Альтернативы: знать все коэффициенты (т.е. сами числа a0,…,a4a_0,\dots,a_4a0,…,a4), или знать достаточно модульных значений коэффициентов (по разным модулям) с учётом оценки на величину коэффициентов (чтобы восстановить их по КТМ). - Ещё вариант: знать старший коэффициент a4a_4a4 и ещё 444 независимых условия (значения или остатки) — тоже хватит. Этого достаточно для практических шагов: использовать указанные делимости и разности, набирать дополнительные значения/остатки и затем восстановить PPP однозначно.
Методы для оценки целочисленных делителей значений P(n)P(n)P(n):
- Факторная/модульная проверка (теорема о делении полинома): для любых целых nnn P(n)−P(1) делится на n−1,P(n)−P(2) делится на n−2, P(n)-P(1)\ \text{делится на}\ n-1,\qquad P(n)-P(2)\ \text{делится на}\ n-2,
P(n)−P(1) делится на n−1,P(n)−P(2) делится на n−2, поэтому
P(n)≡2(modn−1),P(n)≡3(modn−2). P(n)\equiv 2\pmod{n-1},\qquad P(n)\equiv 3\pmod{n-2}.
P(n)≡2(modn−1),P(n)≡3(modn−2). Это даёт явные делители числа P(n)−2P(n)-2P(n)−2 и P(n)−3P(n)-3P(n)−3.
- Конечные разности и факториалы: для многочлена степени 444 четвёртая конечная разность постоянна и равна
Δ4P=4! a4=24a4, \Delta^4 P=4!\,a_4=24a_4,
Δ4P=4!a4 =24a4 , где a4a_4a4 — старший коэффициент. Это даёт информацию о делимости значений разностей и, косвенно, об арифметических свойствах самих P(n)P(n)P(n).
- Биномиальная базисная запись (удобно для делимости):
P(x)=∑k=04ck(xk), P(x)=\sum_{k=0}^{4} c_k\binom{x}{k},
P(x)=k=0∑4 ck (kx ), причём при целых коэффициентах ck∈Zc_k\in\mathbb Zck ∈Z. Из этого видно, какие факториалы и биномиальные множители обязательно входят в разности значений.
- Интерполяция и модульные методы: подбирая значения P(x)P(x)P(x) по модулю различных простых чисел и применяя КТМ, можно ограничивать возможные остатки и делители; полезно оценивать коэффициенты по модулю больших чисел.
- Вспомогательно — вычисление gcd\gcdgcd различных разностей P(n)−P(m)P(n)-P(m)P(n)−P(m) для разных mmm даёт общие делители.
Какие дополнительные данные нужны для однозначного определения P(x)P(x)P(x):
- Нужно знать ещё 333 значений в различных точках (всего 555 значений для многочлена степени 444), например P(0),P(3),P(4)P(0),P(3),P(4)P(0),P(3),P(4). Пять значений в разных точках однозначно определяют все коэффициенты.
- Альтернативы: знать все коэффициенты (т.е. сами числа a0,…,a4a_0,\dots,a_4a0 ,…,a4 ), или знать достаточно модульных значений коэффициентов (по разным модулям) с учётом оценки на величину коэффициентов (чтобы восстановить их по КТМ).
- Ещё вариант: знать старший коэффициент a4a_4a4 и ещё 444 независимых условия (значения или остатки) — тоже хватит.
Этого достаточно для практических шагов: использовать указанные делимости и разности, набирать дополнительные значения/остатки и затем восстановить PPP однозначно.