【２】ラグランジュと置換

　ラグランジュは，一般のｎ次方程式のｎ個の根ｘ1，ｘ2，・・・，ｘnと１のｎ乗根ζの式：

　　Ｒ＝Σζ^(k-1)ｘk

を根とする方程式の性質を詳しく考察し，方程式論に置換群の概念を導入した意義は重要です．

　ラグランジュの基本的なアイディアは，これまで研究されてきた方程式の根の公式を対称性の視点から見つめ直すことにあったのですが，３次方程式の３根ｘ1，ｘ2，ｘ3をとり，

　　Ｒ＝（ｘ1＋ωｘ2＋ω^2ｘ3）^3

を考えてみましょう．

　３根ｘ1，ｘ2，ｘ3の置換は３！＝６通りあるのですが，それらはＲにたった２種類の値をとらせるだけです．このことは非常に驚くべきことなのですが，

　　Ｒ＝（ｘ1＋ωｘ2＋ω^2ｘ3）^3＝ｘ1^3＋ｘ2^3＋ｘ3^3＋６ｘ1ｘ2ｘ3＋３ω（x1^2ｘ2＋ｘ2^2ｘ3＋ｘ3^2ｘ1）＋３ω^2（x1ｘ2^2＋ｘ2ｘ3^2＋ｘ3ｘ1^2）

となることから理解されます．そして，このことを用いると３次方程式は２次方程式に還元されるのです．

　４次方程式の場合は，４根ｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4に対して，

　　Ｒ＝（ｘ1＋ｉｘ2−ｘ3−ｉｘ4）^4

ではなく

　　Ｒ＝（ｘ1＋ｘ2−ｘ3−ｘ4）^2

を考えます．すると４！＝２４通りの置換に対して，Ｒは３個の異なる値

　　Ｒ1＝（ｘ1＋ｘ2−ｘ3−ｘ4）^2

　　Ｒ2＝（ｘ1＋ｘ3−ｘ2−ｘ4）^2

　　Ｒ3＝（ｘ1＋ｘ4−ｘ2−ｘ3）^2

しかとらないことがわかります．

　このように４次方程式は３次方程式に還元されるわけですが，４次以下の方程式については，解の置換によって方程式の次数よりも小さな次数の方程式の解法に還元できることがわかりました．

　以上のことをもっと正確に表現すると，

(1)ｎが素数ならば，Ｒ^nは次数が（ｎ−１）の方程式の解であり，その係数は（ｎ−２）！次の方程式の解から決定される

(2)ｎが素数でないとき，Ｒ^pは次数（ｐ−１）の方程式の解であり，ｎ＝ｐｑとするとその係数はｎ！／（ｐ−１）ｐ（ｑ！）^p次の方程式の解から決定される

となります．

　４次方程式のときは３次方程式に還元できましたが，５次方程式については６次方程式，６次方程式については１０（あるいは１５次）方程式になってしまうというのです．したがって，４次方程式までと同様の方法を５次方程式に試みると失敗することがわかります．しかし，ラグランジュはまだ５次方程式は可解ではないと確信するところまでは至っていませんでした．古い方法で失敗したところを新しい方法で突破できるという希望を抱いていたのです．

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【３】ラグランジュ・リゾルベント

3次方程式ax^3+bx^2+cx+d=0の場合、t^3=1なる数を用意します。

3個の解をA,B,Cと表すとき

X=At^2+Bt+C

がラグランジュ・リゾルベントです。

A→B,B→C,C→Aと並べ替えると

Bt^2+Ct+A=At^3+Bt^2+Ct=tX

もう１回並べ替えるとt^2X

さらにもう１回並べ替えるとXに戻ります。

X・tX・t^2X=t^3X^3=X^3

X^3が見つかれば３乗根をとることで、X,tX,t^2Xが得られます

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