• 1.摘要
  • 2.简介
  • 3.形式幂级数的环结构

形式幂级数

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。

简介

形式幂级数和多项式的形式定义有类似之处。对于熟悉幂级数的读者,也可以将其看作是不讨论幂级数敛散性,也就是将其中的不定元仅仅看作是一个代数对象,而不是任何具体数值的时候写出的幂级数。举例来说,以下的级数式子:

image

如果我们把它当成幂级数来研究的话,重点会放在它的收敛半径等于1、其对应的幂级数函数是否满足某些性质等等。但作为形式幂级数来研究时,我们关注的是它本身的结构。我们甚至可以把它简写为:image这样,只关注它的系数。我们完全可以考虑各种系数的形式幂级数。比如说系数为阶乘的形式幂级数:image,即使说它对应的幂级数:

image

image取任何的非零实数值时都不收敛,我们仍然可以将其作为形式幂级数进行运算。

和多项式环中的元素一样,形式幂级数之间也可以做加减和乘法的运算,具体的计算方式和多项式环一样。比如说设:

image

那么imageimage的和就是:

image

image

其中image里面image的系数就是imageimageimage的系数的和;image里面image的系数就是imageimageimage的阶数相加等于5的项的系数乘积的和:

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对每个确定的阶数image,这个计算是有限项(至多image项)的相加,所以在计算形式幂级数的加减法和乘法的时候,不需要像在对幂级数进行计算时一样,考虑诸如是否绝对收敛、条件收敛或是一致收敛的问题。另外,如多项式的形式运算一样,形式幂级数也满足加法的交换律、加法的结合律、乘法的交换律、乘法的结合律以及乘法对加法的分配律。

形式幂级数不仅能够定义乘法,也能定义乘法逆的运算。一个形式幂级数image的逆是指另一个形式幂级数image,使得image. 如果这样的形式幂级数image存在,就是唯一的,将其记为image。同时我们也可以定义形式幂级数的除法:当image的逆存在时,image 比如说,可以很容易验证:

image

形式幂级数上的一个重要映射是系数的提取操作:将一个形式幂级数映射到它的image的系数。这个操作常常记作image,比如说对形式幂级数image,就有:

image

对以上定义的形式幂级数image,也有:image。又比如:imageimage。提取映射和多项式环中的对应映射一样,都可以看做是到一个子空间的投影映射。