diff --git a/TFG_Sixto_José_Martínez_Gan.pdf b/TFG_Sixto_José_Martínez_Gan.pdf index 19d4938..a3b61e0 100644 Binary files a/TFG_Sixto_José_Martínez_Gan.pdf and b/TFG_Sixto_José_Martínez_Gan.pdf differ diff --git a/TFG_Sixto_José_Martínez_Gan.tex b/TFG_Sixto_José_Martínez_Gan.tex index b501151..14fa59b 100644 --- a/TFG_Sixto_José_Martínez_Gan.tex +++ b/TFG_Sixto_José_Martínez_Gan.tex @@ -150,6 +150,8 @@ urlcolor=black]{hyperref} \newcommand{\syz}[1]{\ensuremath{\mathrm{syz}\left(#1\right)}} \DeclareMathOperator{\grado}{grado} +\newcommand{\spoly}[2]{\ensuremath{\mathrm{S}\!\left( #1, #2 \right)}} + \newcommand{\derivaciones}[1]{\ensuremath{\text{Der}\!\left( #1 \right)}} \begin{document} @@ -539,9 +541,9 @@ urlcolor=black]{hyperref} Cuando obtenemos el resto de $f$ dividido por $g$ lo que esencialmente buscamos es un representante $r$ <> de la clase de equivalencia de $f$ en \cociente{\Kx^r}{\engendrado{g}}. En este caso, entendemos canónico como que no tenga ningún término divisible por $\LT{g}$, es decir, que sea <>. Entendida así, la noción de <> puede extenderse a submódulos de $\Kx^r$ en general. Es decir, dado cualquier \submodulo{\Kx} $N$ de $\Kx^r$, podemos <> $f$ por $N$ encontrando el representante <> de la clase de $f$ en \cociente{\Kx^r}{N}. En este caso, nuestra idea de canónico será que no haya ningún elemento $g$ en $N$ de forma que $\LT{g}$ sea uno de los términos de este representante. Para formalizar esta idea de división más general, necesitamos de algunos resultados previos. \begin{definicion} - Sea $N$ un \submodulo{\Kx} de $\Kx^r$ con un orden monomial de módulos $>$. El \submodulo{\Kx} de los monomios líderes de $N$ lo denotaremos por + Sea $G$ un subconjunto de $\Kx^r$ con un orden monomial de módulos $>$. El \submodulo{\Kx} de los monomios líderes de $G$ lo denotaremos por \begin{equation*} - \LM{N} := \definicionconjunto{\LM{g}}{g \in N}. + \LM{N} := \engendrado{\LM{g} \vert g \in N}. \end{equation*} \end{definicion} @@ -572,7 +574,10 @@ urlcolor=black]{hyperref} \end{definicion} En este caso, procedemos como en el algoritmo \ref{Algoritmo de la División Simple} pero, en vez de intentar reducir en cada paso por un solo divisor, buscamos si alguno de todos ellos nos sirve para anular \LM{D} y, en caso de que sí, lo utilizamos para reducir. Nótese que puede haber varios, en cuyo caso, puede elegirse el que se prefiera. - Pudiera parecer que ya hemos solucionado el problema que planteábamos al principio del capítulo puesto que ya tenemos un algoritmo de la división y además sabemos que todos los submódulos de $\Kx^n$ son finitamente generados. Sin embargo, todavía podemos encontrarnos con casos como el siguiente: supongamos que $N := \engendrado{x\euno + y\edos, y\euno + x\edos}$ es un \submodulo{\anillodepolinomios{\reales}{x,y}} de $\anillodepolinomios{\reales}{x, y}^2$ y queremos saber si $f := x^2\edos - y^2\edos$ pertenece a $N$. Al aplicar el algoritmo de la división siguiendo el orden \mayorqueposlex{} de \ref{Algoritmo de la División Compuesta} nos encontramos que ninguno de los dos generadores de $N$ puede reducir a $f$, por lo tanto el resto es el propio $f$. Como el resto es distinto de $0$, estaríamos tentados a decir que $f$ no pertenece a $N$, pero démonos cuenta de que $f = -y\left( x\euno + y\edos \right) + x\left( y\euno + x\edos \right)$ y, por ende, sí que pertenece. + Pudiera parecer que ya hemos solucionado el problema que planteábamos al principio del capítulo puesto que ya tenemos un algoritmo de la división y además sabemos que todos los submódulos de $\Kx^n$ son finitamente generados. Sin embargo, todavía podemos encontrarnos con casos como el siguiente: + \begin{ejemplo} \label{Ejemplo Fallo División} + Supongamos que $N := \engendrado{x\euno + y\edos, y\euno + x\edos}$ es un \submodulo{\anillodepolinomios{\reales}{x,y}} de $\anillodepolinomios{\reales}{x, y}^2$ y queremos saber si $f := x^2\edos - y^2\edos$ pertenece a $N$. Al aplicar el algoritmo de la división siguiendo el orden \mayorqueposlex{} de \ref{Algoritmo de la División Compuesta} nos encontramos que ninguno de los dos generadores de $N$ puede reducir a $f$, por lo tanto el resto es el propio $f$. Como el resto es distinto de $0$, estaríamos tentados a decir que $f$ no pertenece a $N$, pero démonos cuenta de que $f = -y\left( x\euno + y\edos \right) + x\left( y\euno + x\edos \right)$ y, por ende, sí que pertenece. + \end{ejemplo} ¿Qué es lo que ocurre aquí? Si nos fijamos, en la operación $f = -y\left( x\euno + y\edos \right) + x\left( y\euno + x\edos \right)$, los términos líderes de sendos generadores ---$x\euno$ e $y\euno$--- se anulan, por lo que el término líder de esta combinación es menor que los términos líderes de los generadores. En general, esto lo que nos muestra es que $\LM{N}$ no tiene que ser igual a $\engendrado{\LM{x\euno + y\edos}, \LM{y\euno + x\edos}}$. Esto supone un duro golpe para nuestros algoritmos de la división, ya que cuando para un \submodulo{\Kx} $N = \engendrado{g_1, \dots, g_k}$ tengamos que $\LM{N} \neq \engendrado{\LM{g_1}, \dots, \LM{g_k}}$, aunque el resto sea distinto de $0$, no podremos garantizar que el elemento esté fuera de $N$. Por supuesto, si el resto es $0$ sí que podemos garantizar que sí está. @@ -615,7 +620,35 @@ urlcolor=black]{hyperref} Con todo esto, ya tenemos una solución al problema de la pertenencia de un elemento a un submódulo: obtener la base de Gröbner del submódulo y dividir por ella para ver si el resto es nulo o no. Sin embargo, no tenemos garantías de que existan bases de Gröbner para todos los submódulos y, en caso de que sí las haya, tampoco sabemos cómo calcularlas. + Recordemos el problema que nos habíamos encontrado en \ref{Ejemplo Fallo División}. En este ejemplo, había monomios líderes ocultos en los términos de los generadores. Para desenmascararlos, lo que haremos será lo que vimos en ese ejemplo: anular los términos libres para forzar a que estos aparezcan. Para eso, dados $f = x^\mathbf{\alpha}\vectorbasecanonica{i}$ y $g = x^\mathbf{\alpha}\vectorbasecanonica{j}$ elementos de $\Kx^r$ y $a$ y $b$ elementos de \Kx{} de forma que $a\LM{f} = b\LM{g} = \mathrm{mcm}\left(\LM{f}, \LM{g}\right)$\footnote{Aquí podría haber un pequeño malentendido con la noción de mínimo común múltiplo: por ejemplo, ¿cuál es el mínimo común múltiplo de $xy^2$ y $x^2y$ en \anillodepolinomios{\reales}{x, y}? Lo natural sería decir $x^2y^2$, que es nuestra convención, pero también sería válido decir $3x^2y^2$ ya que ambos tienen el mismo orden monomial. Ambos serían válidos, pero siempre nos referiremos a aquel que no está multiplicado por constante.}, definimos la siguiente expresión: + \begin{equation*} + \spoly{f}{g} = \begin{cases} + \frac{a}{\LC{f}}f - \frac{b}{\LC{g}}g \ \text{si $i = j$;} \\ + 0 \ \text{si $i \neq j$.} + \end{cases} + \end{equation*} + \begin{ejemplo} + Sean $f = 3x^2y\euno + 2x\edos$ y $g = 13x\euno + y^5\edos$ elementos de $\anillodepolinomios{\reales}{x, y}^2$ con el orden \mayorquelexpos. Como $\LM{f} = x^2y\euno$ y $\LM{g} = x\euno$ están en la misma componente ---\euno---, y $\mathrm{mcm}\left(\LM{f}, \LM{g}\right) = x^2y = \LM{f} = xy\LM{g}$, tenemos que + \begin{equation*} + \spoly{f}{g} = \frac{1}{3}\left( 3x^2y\euno + 2x\edos \right) + \frac{xy}{13} \left( 13x\euno + y^5\edos \right) = \frac{2}{3}x\edos + \frac{1}{13}xy^6\edos. + \end{equation*} + Nótese que esto desvela a $x\edos$ como un monomio líder en $\LM{\engendrado{f, g}}$. + \end{ejemplo} + En esencia, lo que buscaremos hacer es evaluar las parejas de polinomios en el conjunto generador a través de esta expresión, si nos descubren un monomio líder nuevo, lo incorporamos a la base y, si no, seguimos. + \begin{definicion} + Sea $G := \left\lbrace g_1, \dots, g_k \right\rbrace$ y $N := \engendrado{G}$. El algoritmo que utilizaremos para obtener una base de Gröbner para $N$, llamado el Algoritmo de Buchberger, se define como sigue: + \begin{algorithmic}[1] + \State Definimos $d_i \gets g_i$ para $i \in \left\lbrace 1, \dots, k \right\rbrace$ y $t \gets k$. + \While{hayan $i$ y $j$ en $\left\lbrace 1, \dots, t \right\rbrace$ de forma que el resto de $\spoly{g_i}{g_i}$ entre $d_1, \dots, d_t$ no sea $0$} + \State Sean $i$ y $j$ una de esas posibles parejas. + \State Sea $r$ el resto de dividir \spoly{g_i}{g_j} entre $d_1, \dots, d_t$. + \State $d_{t+1} \gets r$ + \State $t \gets t+1$ + \EndWhile + \end{algorithmic} + Al final del algoritmo, $\left\lbrace d_1, \dots, d_t \right\rbrace$ forma una base de Gröbner de $N$. + \end{definicion} \section{Syzygias} \chapter{El Criterio de Saito}