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关于多项式(含n次二元齐次多项式)有界性的充要条件问询

关于二元n次齐次多项式有界性的充要条件问询

我最近在研究二元多项式的有界性问题——具体来说,是要找到多项式不会无限增大的充要条件,也就是存在某个常数$B$,使得多项式的值永远不超过$B$。我先从二次齐次多项式入手试了试,过程中遇到了一些困惑,想请教下大家更普适的结论。

先说说二次的情况:
我考虑的二次齐次多项式是:
$$P(x,y) = a x^2 + b x y + c y^2$$

首先我自己推导了几个必要条件:

  • 必须满足$a \le 0$且$c \le 0$。不然的话,如果$a>0$,我固定$y=0$,让$x$取任意大的值,$P(x,y)$就会趋向无穷大;同理$c>0$时固定$x=0$,$y$取大值也会让多项式无限增大。
  • 当我令$x=y$时,多项式变为$a + b + c$,要让它不趋向无穷大,就得有$a + b + c \le 0$,也就是$b \le -a - c$。

但很快我发现这些条件还不够充分。比如我取$b=-a-c$、$a=0$、$c=-1$时,固定$y=0$,$P(x,y)$就变成了$x^2/2$,这显然还是会无限增大,说明之前的条件不足以保证有界性。

后来我用Mathematica做了个尝试:假设$x^2 + y^2 \le 1$,去求这个二次多项式的最大值,得到的结果是$\left(\sqrt{(a-c)^2 + b^2}+a+c\right)/2$。这让我猜想可能需要满足$|b| \le 2\sqrt{ac}$?而且这个条件看起来是充分的:当$b \ge 0$时,根据均值不等式,$b x y \le b \cdot \frac{x^2 + y^2}{2}$,代入多项式后:
$$P(x,y) \le (a + \sqrt{ac})x^2 + (c + \sqrt{ac})y^2$$
因为$a,c \le 0$,$\sqrt{ac}$是非负的,所以$a + \sqrt{ac} \le 0$,$c + \sqrt{ac} \le 0$,这样整个多项式的每一项都是非正的线性组合,自然就有上界了。

现在我想请教两个问题:

  1. 对于一般的多元多项式来说,保证它有上界(不会趋向无穷大)的充要条件是什么?
  2. 至少对于这种n次二元齐次多项式:
    $$P(x,y) = a_0 x^n + a_1 x^{n-1} y + \dots + a_n y^n$$
    它有上界的充要条件是什么?

备注:内容来源于stack exchange,提问作者Thomas Ahle

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最近更新时间:2026.04.23 10:04:08