Autor Tema: Cómo calcular la parametrización de Newton Puiseux de un polinomio

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13 Diciembre, 2024, 11:46 pm
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infrahumana

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Estoy estudiando por primera vez en mi vida Geometría algebraica, en particular Curvas algebraicas, y hay una parte del temario que no me queda nada clara: calcular la parametrización irreducible de Newton Puiseux de un polinomio en un punto dado.

Por ejemplo, he intentado probar con el polinomio $$f(x,y) = x^5 + x^2 - 2xy + y^2$$ en el punto $$q = (0,0)$$ .

Si no he entendido mal, lo normal es proceder interpretando los exponentes de las variables como puntos $$(y,x)$$ del plano. En este caso serían $$(0,5) , (0, 2) , (1,1) , (2,0)$$ . Luego se ve qué gráfica forman al unirlos por líneas rectas, en nuestro caso serían las rectas $$R_1 : x + y - 2 = 0$$ que une los tres últimos y $$R_2 : y = 0$$ que une los dos primeros.

Como el exponente de $$x$$ en $$R_1$$ es $$1$$, tomamos $$y = x(c_0 + y_1)$$ . Al sustituir en el polinomio formado por los monomios cuyos exponentes son puntos en $$R_1$$, tenemos $$0 = x^2 (1 - c_0 - y_1)^2$$ , cuyo término independiente satisfará $$0 = (c_0 - 1)^2$$, luego $$c_0 = 1$$ . Llegado a este punto, si no he comprendido mal el patrón, habría que definir un nuevo polinomio de la forma $$f_1 (x,y_1) = f(x , x (c_0 + y_1) ) / x^2$$ (dividimos entre $$x^2$$ pues es el término de mayor grado en el polinomio formado por los monomios cuyos exponentes están en $$R_1$$).

¿Hasta aquí estaría todo bien? Si es así, luego sigo hasta llegar a otro polinomio que sería $$f_2(x,y_2) = 1+ y_2^3$$ . Aquí ya no tengo mucha idea de como proceder, este polinomio no verifica las hipótesis del Teorema de la función implícita (creo) pero seguir iterando no va a ninguna parte porque solo resta un punto. Si alguien me pudiera explicar el método de una forma asequible lo agradecería mucho, está siendo difícil de digerir.

14 Diciembre, 2024, 10:06 am
Respuesta #1

Luis Fuentes

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Hola

Bienvenido al foro.

Recuerda leer y seguir  las reglas del mismo así como el tutorial del LaTeX para escribir las fórmulas matemáticas correctamente

Estoy estudiando por primera vez en mi vida Geometría algebraica, en particular Curvas algebraicas, y hay una parte del temario que no me queda nada clara: calcular la parametrización irreducible de Newton Puiseux de un polinomio en un punto dado.

 Yo creo que aquí lo tienes bastante bien explicado:

https://www3.risc.jku.at/education/courses/ss2017/caag/09-puiseux.pdf

Citar
Por ejemplo, he intentado probar con el polinomio $$f(x,y) = x^5 + x^2 - 2xy + y^2$$ en el punto $$q = (0,0)$$ .

Si no he entendido mal, lo normal es proceder interpretando los exponentes de las variables como puntos $$(y,x)$$ del plano. En este caso serían $$(0,5) , (0, 2) , (1,1) , (2,0)$$ .


Basta que dibujes para cada exponente \( k \) de \( y \) el exponente del término de menor grado que acompaña a \( y^k \). Por ejemplo si tienes \( y^3(x^2-x^4) \) dibujas el punto \( (3,2) \).

En tu ejemplo basta dibuar \( (0,2),(1,1),(2,0) \).

Citar
Luego se ve qué gráfica forman al unirlos por líneas rectas, en nuestro caso serían las rectas $$R_1 : x + y - 2 = 0$$ que une los tres últimos y $$R_2 : y = 0$$ que une los dos primeros.

Como el exponente de $$x$$ en $$R_1$$ es $$1$$, tomamos $$y = x(c_0 + y_1)$$
.

El exponente de \( x \) no. La pendiente de esa recta es \( -1 \), y por tanto tomas el exponente \( 1 \).

Citar
Al sustituir en el polinomio formado por los monomios cuyos exponentes son puntos en $$R_1$$, tenemos $$0 = x^2 (1 - c_0 - y_1)^2$$ , cuyo término independiente satisfará $$0 = (c_0 - 1)^2$$, luego $$c_0 = 1$$
.

Bien.

Citar
Llegado a este punto, si no he comprendido mal el patrón, habría que definir un nuevo polinomio de la forma $$f_1 (x,y_1) = f(x , x (c_0 + y_1) ) / x^2$$ (dividimos entre $$x^2$$ pues es el término de mayor grado en el polinomio formado por los monomios cuyos exponentes están en $$R_1$$).


Se puede hacer así, pero no es exactamente como viene explicado en el enlace que te puse.

Allí se haría \( f(x,y)=f(x,1\cdot x+y_1)=x^5+y_1^2 \) con \( y=1\cdot x+y_1 \).

Y a ese polinomio le repites el mismo proceso. Ahora los puntos son \( (0,5) \) y \( (2,0) \). La recta que los une tiene pendiente \( -5/2 \). Por tanto tomas \( y_1=c_2x^{5/2}+y_2 \). Reemplazando queda:

\( x^5+c_2^2x^5+2c_2y_2x^{5/2}+y_2^2=0 \)

de donde fijándose en el término de grado \( 5 \) queda \( c_2^2=-1 \), esto es, \( c_2=i \). Es decir \( y_1=i\cdot x^{5/2}+y^2 \) y:

\( f(x,y)=-2i y_2x^{5/2}+y_2^2=\color{red}y_2\color{black}(-2i x^{5/2}+y_2) \)

con lo que \( y_2=0 \) ya es una solución. Así queda:

\( y=x+i\,x^{5/2} \)

Una parametrización sería \( P(x)=(x,x+i\,x^{5/2}) \) ó con un cambio de variable \( x=t^2 \), \( P(t)=(t^2,t^2+i\,t^5) \)

Citar
¿Hasta aquí estaría todo bien? Si es así, luego sigo hasta llegar a otro polinomio que sería $$f_2(x,y_2) = 1+ y_2^3$$
.

Ahí en ningún caso entiendo como has llegado a ese \( y_2^3 \).

Saludos.

CORREGIDO

14 Diciembre, 2024, 11:16 am
Respuesta #2

infrahumana

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Hola buenas. Primero de todo, gracias por tu respuesta e indicaciones. Debo decir que los enlaces que me pones sobre las reglas y el uso de Látex me aparecen vacíos: al abrirlos sale el error 404 not found, tal vez necesitan actualización. Por otro lado el documento que me adjuntas sobre la teoría de Puiseux es de gran ayuda, gracias.

Si no es molestia, me gustaría preguntar un par de cosas.

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Allí se haría \( f(x,y)=f(x,1\cdot x+y_1)=x^5+y_1^2 \) con \( y=1\cdot x+y_1 \).

¿Por qué tomamos \( y=1\cdot x+y_1 \) si antes poníamos \( y= x \cdot (c_0 + y_1) = x \cdot (1 + y_1)  \) ?

Citar
de donde fijándose en el término de grado \( 5 \) queda \( c_2^2=-1 \), esto es, \( c_2=i \)

Aquí, ¿por qué nos fijamos en el término de grado 5? ¿Es para poder anular todos los términos que sean posibles? Lo siento si es una pregunta tal vez trivial, me cuesta un poco relacionar la práctica con los teoremas.

Citar
Es decir \( y_1=i\cdot x^{5/2}+y^2 \) y:

\( f(x,y)=-2i y_2x^{5/2}+y_2^2=y^2(-2i x^{5/2}+y_2) \)

con lo que \( y_2=0 \) ya es una solución.

Aquí, sería en realidad \( f(x,y_2)=-2i y_2 x^{5/2}+y_2^2=y_2^2(-2i x^{5/2}+y_2) \) , ¿cierto? Es decir, \(  y_2  \) en lugar de \(  y  \) . Aparte, ¿concluímos que \(  y_2  \) es solución porque tanto \(  f  \) como \(  \frac{\partial f}{\partial y_2}  \) y \(  \frac{\partial^2 f}{\partial y_2^2}  \) se anulan en \(  (x,y_2) = (0,0)  \) o es por otra razón?

14 Diciembre, 2024, 12:22 pm
Respuesta #3

Luis Fuentes

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Hola

Hola buenas. Primero de todo, gracias por tu respuesta e indicaciones. Debo decir que los enlaces que me pones sobre las reglas y el uso de Látex me aparecen vacíos: al abrirlos sale el error 404 not found, tal vez necesitan actualización. Por otro lado el documento que me adjuntas sobre la teoría de Puiseux es de gran ayuda, gracias.

Gracias por avisar. Ya he corregido los enlaces.

Citar
Allí se haría \( f(x,y)=f(x,1\cdot x+y_1)=x^5+y_1^2 \) con \( y=1\cdot x+y_1 \).

¿Por qué tomamos \( y=1\cdot x+y_1 \) si antes poníamos \( y= x \cdot (c_0 + y_1) = x \cdot (1 + y_1)  \) ?

Con el enfoque de los apuntes se está buscando una expresión en serie de potencias:

\( y(x)=c_1x^{s_1}+c_2x_{s_2}+c_3x_3^{s_3}+\ldots \)

con los exponentes de \( x \) en orden creciente. Entonces primero se va a calcular el primer monomio \( c_1x^{s_1} \) y lo restante, los términos de mayor grado es lo que llamamos \( y_1 \).

\( y(x)=c_1x^{s_1}+\underbrace{c_2x_{s_2}+c_3x_3^{s_3}+\ldots}_{y_1} \)

Luego se procede recursivamente; se continua hallando \( c_2x^{s_2} \) y a lo restante se le llama \( y_2 \)

\( y_1=c_2x_{s_2}+\underbrace{c_3x_3^{s_3}+\ldots}_{y_2} \)

y así sucesivamente.

Tal como tu lo planteas sospecho que te lo han explicado con una expresión algo así:

\( y(x)=x^{s_1}(c_1+x^{s_2-s_1}(c_2+x^{s_3-(s_2-s_1)}(c_3+\ldots))) \)

y a lo que va llamando \( y_1,y_2 \) es:

\( y_1=x^{s_2-s_1}(c_2+x^{s_3-(s_2-s_1)}(c_3+\ldots)) \)
\( y_2=x^{s_3-(s_2-s_1)}(c_3+\ldots)) \)

o en otras palabras escribir:

\( f(x,y)=c_1x^{s_1}+x^{s_1}f_1(x,y) \)

y aplicar el mismo procedimiento a \( f_1(x,y) \).

Citar
Citar
de donde fijándose en el término de grado \( 5 \) queda \( c_2^2=-1 \), esto es, \( c_2=i \)

Aquí, ¿por qué nos fijamos en el término de grado 5? ¿Es para poder anular todos los términos que sean posibles? Lo siento si es una pregunta tal vez trivial, me cuesta un poco relacionar la práctica con los teoremas.

La idea es que \( y(x) \) satisfaga la ecuación \( f(x,y(x))=0 \). Una vez sustituido debe de quedar una serie de potencias de \( x \) igualada a cero. Por tanto los coeficientes de esas potencias han de ser nulos; en particular el de \( x^5 \).

Citar
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Es decir \( y_1=i\cdot x^{5/2}+y^2 \) y:

\( f(x,y)=-2i y_2x^{5/2}+y_2^2=y^2(-2i x^{5/2}+y_2) \)

con lo que \( y_2=0 \) ya es una solución.

Aquí, sería en realidad \( f(x,y_2)=-2i y_2 x^{5/2}+y_2^2=y_2^2(-2i x^{5/2}+y_2) \) , ¿cierto? Es decir, \(  y_2  \) en lugar de \(  y  \)
.

Si. Fue una errata. Pero ojo sería:

\( f(x,y)=-2i y_2 x^{5/2}+y_2^2=y_2(-2i x^{5/2}+y_2) \)

No pongo \( f(x,y_2) \); la función sigue siendo la misma \( f(x,y) \) donde \( y=x+y_1 \), \( y_1=i\cdot x^{5/2}+y_2 \).

Citar
Aparte, ¿concluímos que \(  y_2  \) es solución porque tanto \(  f  \) como \(  \frac{\partial f}{\partial y_2}  \) y \(  \frac{\partial^2 f}{\partial y_2^2}  \) se anulan en \(  (x,y_2) = (0,0)  \) o es por otra razón?

No hace falta usar nada de las parciales.

Tengo que:

\( f(x,y)=-2i y_2 x^{5/2}+y_2^2=y_2(-2i x^{5/2}+y_2) \) (*)

donde \( y=x+i\dot x^{5/2}+y_2 \).

\( y_2 \) es como sigue la serie de potencias para que \( y \) satisfaga la ecuación  (*) (igualada a cero). Como \( y_2=0 \) es solución de esa ecuación (porque es un factor común), pues tomando \( y_2=0 \) consigo que \( y \) sea la función que busco satisfaciendo la ecuación implícita \( f(x,y)=0 \).

Saludos.