home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1992 #31 / NN_1992_31.iso / spool / sci / math / 17470 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1992-12-29  |  1.9 KB

  1. Path: sparky!uunet!ogicse!das-news.harvard.edu!husc-news.harvard.edu!husc.harvard.edu!kedlaya
  2. From: kedlaya@husc8.harvard.edu (Kiran Kedlaya)
  3. Newsgroups: sci.math
  4. Subject: Re: Composition-commuting polynomials
  5. Keywords: Polynomials commuting composition
  6. Message-ID: <kedlaya.725580847@husc.harvard.edu>
  7. Date: 28 Dec 92 22:14:07 GMT
  8. Article-I.D.: husc.kedlaya.725580847
  9. References: <1992Dec28.175128.1186@maths.tcd.ie>
  10. Lines: 39
  11. Nntp-Posting-Host: husc8.harvard.edu
  12.  
  13. Yes, in fact, if f(x^2 + 1) = f(x)^2 + 1, then for some n
  14.          f(x) = g[n](x),
  15. where g1(x) = x^2 + 1 and g[n] denotes the n-th composition.
  16. (Under this notation, g[0](x) = x.)
  17.  
  18. First notice that f(x)^2 = f(x^2 + 1) - 1
  19.                          = f((-x)^2 + 1) - 1
  20.                          = f(-x)^2.
  21. Hence either f(x) = f(-x) or f(x) = -f(-x) is a polynomial identity.
  22. In other words, f is either even or odd, and clearly f is even
  23. iff deg(f) is.
  24.  
  25. If f is even, let x = y^2 + 1. Now
  26.    f(x) = f(y^2 + 1) = f(y)^2 + 1
  27. and furthermore, f(y), being even, can be expressed as a polynomial
  28. in y^2, and hence as a polynomial in x, which we call h(x).
  29. In other words, f(x) = g(h(x)). Furthermore,
  30.    h(y^2 + 1) = h(x) = f(y) = g(h(y))
  31. so h commutes with g as well. Observe that the degree of h is
  32. half that of f.
  33.  
  34. We can repeat this process k times, where k is the highest power
  35. of 2 dividing deg(f), and deduce that f(x) = g[k](h(x)), where
  36. h is odd and commutes with g. Note that since h is odd, h(0) = 0.
  37. Define the sequence x_n recursively as follows: x_0 = 0, and
  38. x_{n+1} = x_n^2 + 1. By induction h(x_n) = x_n for all n, so
  39. that h(x) = x identically, and f(x) = g[k](x), as desired.
  40.  
  41. This generalizes (it would appear) to g(x) = x^2 + c for any
  42. nonzero c.
  43.  
  44. And I do believe this was a Putnam problem (though I don't remember
  45. offhand when. Anyone?)
  46.  
  47. Kiran Kedlaya
  48. Harvard University
  49. "Lo \'unico peor que la mala salud es la mala fama."
  50.       -Gabriel Garc\'ia M\'arquez,
  51.          from "El amor en los tiempos de c\'olera"
  52.