Anforderungen  |   Konzepte  |   Entwurf  |   Entwicklung  |   Qualitätssicherung  |   Lebenszyklus  |   Steuerung
 
 
 
 


Impressum SplittField.gi   Sprache: unbekannt

 
Haftungsausschluß.gi KontaktUnknown {[0] [0] [0]}diese Dinge liegen außhalb unserer Verantwortung

#############################################################################
####
##
#W  SplittField.gi            RADIROOT package                Andreas Distler
##
##  Installs the functions to compute the splitting field of a polynomial
##
#Y  2006
##


#############################################################################
##
#M  SplittingField( <f> )
##
##  Returns the smallest field, that contains the roots of the irreducible,
##  rational polynomial <f> as algebraic extension of the Rationals
##
InstallMethod( SplittingField, "rational polynomials",
[ IsUnivariateRationalFunction and IsPolynomial ],
function( f )
    local splitt;

    if not ForAll( CoefficientsOfUnivariatePolynomial( f ), IsRat ) then
        TryNextMethod( );
    fi;

    if not IsSeparablePolynomial( f ) then
        # make polynomial separable
        f := f / Gcd( f, Derivative( f ) );    
    fi;

    splitt := RR_Zerfaellungskoerper( f, 
                                      rec( roots := [ ],
                                           degs := [ ],
                                           coeffs := [ ],
                                           K := FieldByMatrices([ [[ 1 ]] ]),
                                           H := Rationals ) );

    if Length( splitt.roots[1] ) >= Length( splitt.roots[2] ) then
        # roots as matrices, otherwise linear factors known
        Add( splitt.roots[1], 
             -CoefficientsOfUnivariatePolynomial(f)[Degree(f)]*One(splitt.K)
             -Sum( splitt.roots[1] ) );
        SetRootsAsMatrices( f, splitt.roots[1] );
    fi;

    return splitt.H;
end );


#############################################################################
##
#F  IsomorphicMatrixField( <L> )
##
##  returns a matrix field which is isomorphic to the field <L>
##
InstallGlobalFunction( IsomorphicMatrixField, function( L )
    return Range( IsomorphismMatrixField( L ) );
end );


#############################################################################
##
#O  IsomorphismMatrixField( Rationals )
##
##  installs the value for 'IsomorphismMatrixField' of the Rationals
##
SetIsomorphismMatrixField( Rationals, 
                           MappingByFunction( Rationals,
                                              FieldByMatrices([[[ 1 ]]]),
                                              x -> [[ x ]],
                                              mat -> mat[1][1] ));


#############################################################################
##
#F  RR_BegleitMatrix( <f>, <A> )
##
##  Computes the companion matrix of the polynomial <f> with respect to
##  the field generated by the matrix <A>
##
InstallGlobalFunction( RR_BegleitMatrix, function( f, A )
    local matrix, coeff, blockmat, deg, i, k, l;

    deg := Degree(f);
    coeff := CoefficientsOfUnivariatePolynomial(f);
    matrix := NullMat( deg*Size(A), deg*Size(A), Rationals);

    # create last row
    for i in [ 1..deg ] do
        # matrix, representing the i-th coefficient
        blockmat := -RR_RootInK( A, coeff[i] );
        for k in [1..Size(A)] do
            for l in [1..Size(A)] do
                matrix[(deg-1)*Size(A)+k][(i-1)*Size(A)+l] := blockmat[k][l];
            od;
        od;
    od;

    # fill the secondary diagonal with 1
    for i in [1..(deg-1)] do
        for k in [1..Size(A)] do 
            matrix[(i-1)*Size(A)+k][i*Size(A)+k] := 1;
        od;
    od;
     
    return matrix;
end );


#############################################################################
##
#F  RR_BlowUpMat, function( <mat>, <n> )
##
##  Computes a matrix that is <n>-times bigger than <mat> and has
##  <mat> on the <n> blocks with size of <mat> at the diagonal
##
InstallGlobalFunction( RR_BlowUpMat, function( mat, n )
    local i, j, k, Mat;

    Mat := NullMat( n * Size(mat), n * Size(mat), Rationals );

    for i in [ 1..n ] do
        for j in [ 1..Size( mat ) ] do
            for k in [ 1..Size( mat ) ] do
                Mat[ (i-1)*Size(mat)+j ][ (i-1)*Size(mat)+k ] := mat[j][k];
            od;
        od;
    od;

    return Mat;
end );


#############################################################################
##
#F  RR_MatrixField( <f>, <mat> )
##
##  Returns the matrixfield that arises from adjoining a root of the
##  polynomial <f> to the matrixfield generated by <mat>
##
InstallGlobalFunction( RR_MatrixField, function( f, mat )
    local A, B;

    # mat as matrix in the supfield
    # mat is deg(f) times on the diagonal 
    A := RR_BlowUpMat( mat, Degree(f) );

    # companion matrix of f with respect to the field generated by mat
    B := RR_BegleitMatrix( f, mat );

    return FieldByMatricesNC( [A, B] );
end );


#############################################################################
##
#F  RR_RootInH( <erw>, <a> )
##
##  The record <erw> contains two isomorphic fields. One generated
##  with AlgebraicExtension and the other as matrixfield. Both are
##  defined by a primitive element. This function transfers the
##  matrix <a> to it's isomorphic symbolic represenation
##
InstallGlobalFunction( RR_RootInH, function( erw, a )
    local coeff, bas;

    # basis {1, primEl, ... , primEl^(n-1)} as matrices
    bas := EquationOrderBasis( erw.K, PrimitiveElement( erw.K ));

    return LinearCombination( Basis( erw.H ), Coefficients( bas, a) );
end ); 
    

#############################################################################
##
#F  RR_RootInK( <primEl>, <coeff> )
##
##  Does the inverse of RR_RootInH; the fieldelement given symbolic
##  by it's external representation <coeff> is transfered in a matrix
##  of the field generated by <primEl>
##
InstallGlobalFunction( RR_RootInK, function( primEl, elm )
    local i, mat;

    mat := NullMat( Size(primEl), Size(primEl), Rationals );
    for i in [1..Size(primEl)] do
        mat := mat +  ExtRepOfObj(elm)[i] * primEl^(i-1);
    od;

    return mat;
end );


#############################################################################
##
#F  RR_Zerfaellungskoerper( <poly>, <erw> )
##
##  Computes the splitting field of the polynomial <poly>. In the
##  record <erw> the field is stored as matrix field as well as in a
##  symbolic represenation generated by
##  AlgebraicExtension. The roots of <poly> are also stored.  
##
InstallGlobalFunction( RR_Zerfaellungskoerper, function( poly, erw )
    local matA,matB,faktoren,i,f,minpol,roots,primEl, map;

    # catch trivial case
    if Degree( poly ) = 1 then 
        erw.roots := [ [ ], [ ] ];
        return erw;
    fi;

    # Splitting field already known
    if not IsBound( erw.unity ) and HasSplittingField( poly ) then
        erw.H := SplittingField( poly );
        erw.K := IsomorphicMatrixField( erw.H );
        # roots will be needed in any further computation
        erw.roots := [ ShallowCopy( RootsAsMatrices( poly ) ), [] ];
        erw.degs := RR_DegreeConclusion( Basis(erw.K), erw.roots[1] );
        Remove( erw.roots[1] );
        erw.coeffs := Filtered(Coefficients(Basis(erw.K),
                                            PrimitiveElement(erw.K)),
                               i -> i <> 0 );

        return erw;   
    fi;

    roots := [ ];

    # repeat until <poly> factors in linear polynomials
    while Length(erw.roots) + Length(roots) + 1 < Degree(poly) do
 
        # factors <poly> over the latest <erw.H> 
 faktoren := FactorsPolynomialAlgExt( erw.H, poly );;
 Info( InfoRadiroot, 4, "    Factorization of polynomial:\n",
              faktoren );
     f := faktoren[ Length( faktoren ) ];
        if Degree( f ) = 1 then break; fi;

        roots := RR_Roots( [ erw.roots, roots, 
                             List( Filtered( faktoren, f -> Degree( f ) = 1 ), 
                                   f -> 
                                   -CoefficientsOfUnivariatePolynomial(f)[1])],
                           erw );

 erw.K := RR_MatrixField( f, PrimitiveElement( erw.K ) );
 Add( erw.degs, Degree(f) );
        SetDegreeOverPrimeField( erw.K, Product( erw.degs ));
        Info( InfoRadiroot, 3,"        Degree of the extension: ", Degree(f) );

 matA := GeneratorsOfField( erw.K )[ 1 ];;
 matB := GeneratorsOfField( erw.K )[ 2 ];;

        # bring the list of roots up-to-date
 for i in [ 1..Length(erw.roots) ] do
     erw.roots[i] := RR_BlowUpMat( erw.roots[i], Degree( f ) );
 od;
 for i in [ 1..Length(roots) ] do
     roots[i] := RR_BlowUpMat( roots[i], Degree( f ) );
 od;
        if IsBound( erw.unity ) then 
            erw.unity := RR_BlowUpMat( erw.unity, Degree( f ) );
        fi;

        Info( InfoRadiroot, 4, "            Adjoined root:\n", matB );
 Add( erw.roots, matB );

        Info( InfoRadiroot, 3, "        Searching for a primitive element" );
        primEl := Sum([1..Length(erw.roots)], i -> i * erw.roots[i]);
        if IsBound( erw.unity ) then
            primEl := primEl+erw.unity;
        fi;
        minpol := MinimalPolynomial( Rationals, primEl );
        if Degree( minpol ) = Product( erw.degs ) then
            SetPrimitiveElement( erw.K, primEl );
            SetDefiningPolynomial( erw.K, minpol );
            Add( erw.coeffs, Length( erw.roots ) );
        else
            for i in [ Minimum( 2 * [ Length( erw.degs )-1, 1 ] )..99 ] do
                minpol := MinimalPolynomial( Rationals, i * matA + matB );
                if Degree( minpol ) = Product( erw.degs ) then
                    SetPrimitiveElement( erw.K, i * matA + matB );
                    SetDefiningPolynomial( erw.K, minpol );
                    erw.coeffs := Flat( [ i * erw.coeffs, 1 ] ); 
      break;
         fi;
            od;
        fi;

        erw.H := AlgebraicExtension( Rationals, minpol );
        Info( InfoRadiroot, 3, "    ", minpol, " is defining polynomial.");
    od;
    erw.roots := [ Concatenation( erw.roots, roots ),
                   List( faktoren, f -> -Value( f, 0 ) ) ];
    if IsBound( erw.unity ) then
        erw.degs := erw.degs{[ 2..Length(erw.degs) ]};
    fi;

    Info( InfoRadiroot, 3, "        Composition of the primitive element: ",
                           erw.coeffs );
    map := MappingByFunction( erw.H, erw.K, 
                    x -> RR_RootInK( PrimitiveElement( erw.K ) ,x ),
                    mat -> RR_RootInH( rec( K := erw.K, H := erw.H), mat ));
    SetIsomorphismMatrixField( erw.H, map );
    SetSplittingField( poly, erw.H );

    return erw;
end );


#############################################################################
##
#F  RR_SplittField( <poly>, <m> )
##
##  Calls the function RR_Zerfaellungskoerper for the polynomial <poly> with
##  special initial values. The splitting field is constructed over a
##  cyclotomic field.
##
InstallGlobalFunction( RR_SplittField, function( poly, m )
    local erw, cyclopol;

    cyclopol := CyclotomicPolynomial(Rationals, m);

    erw := rec( roots := [ ], degs := [ Degree(cyclopol) ], coeffs := [ ],
                K := RR_MatrixField( cyclopol, [[ 1 ]]),
                H := AlgebraicExtension( Rationals, cyclopol ));
    erw.unity := PrimitiveElement( erw.K );

    erw := RR_Zerfaellungskoerper( poly, erw );;

    return erw;
end );


#############################################################################
##
#E













[ Seitenstruktur0.75Drucken  ]

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     


Neuigkeiten

     Aktuelles
     Motto des Tages

Software

     Produkte
     Quellcodebibliothek

Aktivitäten

     Artikel über Sicherheit
     Anleitung zur Aktivierung von SSL

Muße

     Gedichte
     Musik
     Bilder

Jenseits des Üblichen ....

Besucherstatistik

Besucherstatistik

Monitoring

Montastic status badge