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微分、差分域中的Wronskian行列式
系统科学与数学J,S譬8.s也.M诚,sd3.31(5)(2011,5),620一628微分、差分域中的Wronskian行列式李应弘冯如勇(中国科学院数学机械化重点实验室,北京100190)摘要 众所周知,给定微分或差分域上一组元素,它们在常数域上线性相关当且仅当它们 所对应的Wron8kian行列式或者Ca80ratian行列式为零.文章将这个结果推广到具有微分 导子和差分导子的微分差分域;同时基于Okug御吼的工作,还将结果推广到特征非0的微 分差分域.关键词 微分差分域,W的粥ki{m行列式,微分导子,差分导子,迭代微分导子.MR(2000)主题分类号 68W301 引言经典的w.ronskian行列式可以用于判定给定的常微分域(只含有一个微分导子)中的有 限个元素是否在其常数域上线性相关.这一结果被E.R.Kolchjn推广到了偏微分域(含有 多个可交换的微分导子)上【1】’参见定理5.wion8kian行列式在微分代数以及几何定理自 动推理中有很多的应用.在微分代数中,wrroIlskian行列式除了被用于判定一组线陛常微 分方程的解是否线性无关外,还被用于构造线性常微分方程使得它的基本解组是给定的函 数【2】.在[3】中,经典的Wionskian行列式在将几何定理的几何语言描述转变成代数语言描 述中起到重要的作用.在【4】中,K01chin的结果被大大地简化并且被用于曲面中的几何定 理自动证明.在差分代数中,与wrro璐l【ian行列式相对应的是Carosatian行列式,它在差 分代数中所起到的作用与wrro璐kian行列式在微分代数中的作用类似【51.在【6】中,作者将 W}onskian(Ca80ratian)行列式推广到△一环上,并给出判定有限个超指数向量是否在常数域 上线性相关的判别方法。前面都是在特征为。的域上考虑,当所考虑域的特征大于。时, 情况会有些不同.此时,如果依旧考虑通常的微分导子,则常数域会变得相当复杂,参见例 子2.在【7】中,schmidt引进了迭代微分导子从而使得其常数域与通常微分导子的常数域 保持一致.在[8】中,Okugawa将Schmidt的结果推广到了多个迭代微分导子的情形.特征 非0域上的w.ronskian行列式可以用于计算代数曲线,具体参见[9】.在本文中,我们首先介绍KolcKn的关于特征为。的偏微分域上的wtollskian行列式的 结果,然后在特征为。的差分域上给出类似的结果.接着,进一步将结果推广到微分差分域 上.最后,借鉴Okugawa的结果,我们将结果推广到特征非0的迭代微分差分域上.’受国家自然科学基金委青年基金以及创新群体(NsFF02)资助课题.收稿日期:2010-lm29.万方数据5期李应弘等;微分、差分域中的Wio璐kian行列式6212 特征为。的微分差分域上的、№onskiaIl行列式在本节中,我们将考虑特征为。的微分差分域上的w.roIlskian行列式.我们先从下面的定义开始.定义1设K为域,一个映射巧:K—K,如果满足对于所有的口’6∈K,6(a+6)=6(o)+6(6)和6(06)=6(口)6+口6(6),则称6是一个微分导予我们称K上的自同构为差分导子.微分 差分域是指一个域,在其上定义有限个微分导子和差分导子.当微分差分域中只有微分导子时,称该域为微分域;当它只有差分导子时,称其为差分域.设K为一微分差分域,4与∑分别为其微分导子与差分导子的集合,则{c∈KIV 6∈厶,V盯∈三,6(c)=o并且盯(c)=c}为K的一个子域,称为常数域.例1令K=Q(z)并定义6=熹以及同构盯(z)=z+l,则K成为一个微分差分域. 再令F=Q(£,z)并定义6=未以及同构盯@)=z+1,则F也成为一个微分差分域.注意 到前者中微分导子和差分导子不可交换,而在后者中两导子可交换.在这两种情形,它们的常数域均为Q.在下文中,我们将总是假定所有的导子,无论微分还是差分,两两均可交换.2.1微分域上的、矾onskian行列设F是一个微分域,△是其导子组成的集合.设臼是由△中的元素生成的含幺自由 交换半群. p中任意元素都可以唯一地表示为乘积n 68(6)的形式,这里e(6)∈N.我们6∈厶称p中的元素为F上的微分算子.定义2设口=兀酽u)∈9,这里e(6)为非负整数,则称∑e(J)为p的阶.占∈△6∈△注1我们将用臼(s)表示9中阶小于或者等于s的元素组成的集合. 有了这些基本定义以后,现在给出Kolchin的结果【1】.该结果推广了经典的wio璐l【ian行列式.定理1设K是一个微分域,记△为其上的微分导子集.记臼为由厶中的元素生成的含 幺自由交换半群,并记C为K的常数域.设z1,z2, ,z。∈F.那么,如
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