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§ 13。 p-高度延伸≤1
在本段中,p表示质数数。所有考虑的域都具有特征p。
1. p无子集和p碱基
设K为域,L为K高度≤1的p根式延伸。 L 元素的家庭 (xi)i∈I 据说在 K 上没有 p(分别是 L K 的 p 基础),如果 xi∈/K 对于所有 i∈I 并且从典范嵌入 ui:K(xi)→L 导出的 ⨂i∈IK(xi) 到 L 的同态是单射(或双射)。
引用了 1
引用了 命题 9, III § 4
如果a是L−K的元素,它是p高度为1的根式,所以它在K上的最小多项式是Xp−ap(V,p. 24,命题1);因此,{1,a,…,ap−1} 是K(a) 中的基超过K。令(xi)i∈I为L−K的元素和N(I)由……组成的A子集为有限支撑a=(αi)i∈I的所有族,使得αi<p对于所有i∈I;命题 9(III、p. 471)表明,元素 ⨂i∈Ixiαi 与 a 相比,向量空间 ⨂i∈IK(xi) 超过 K 的A 形式基。此外,⨂i∈IK(xi)到L的典范同态有像K(xi)i∈I(V,p. 18,Cor.1),因此我们有以下命题:
令K为域,L为K和x=(xi)i∈I高度≤1的p激进延伸,L的元素族。然后A中的a通过乘积x′′=∏i∈Ixiαi生成K上的向量空间K(xi)i∈I。为了使(xi)i∈I没有p(或以p为基础),家庭(xa)a∈A应该在K上自由(或L的基在K上)是必要且充分的。
被以下引用 6
被以下引用 推论, 注, 命题 2, 命题 3, 命题 4, 定理 3, V § 16
— 令 L' 为域 K 的扩张,由两个线性不相交的子扩展 K' 和 L 生成。假设L是K上高度为≤1的p根; 那么 L' 是 K' 上高度为 ≤1 的 p 根式。此外,对于L的元素族在K上无p(分别在K上有L的p基),它在K'上无p(分别在K'上有L'的p基)是必要且充分的。
引用了 2
引用了 命题 1, 命题 5, V § 2
我们有L′p⊂K⊂K′和L′=K′(L),从而L′p=K′p(L′p)⊂K′。在其他字中,L'是K'的高度≤1的p根延伸。推论的其他断言立即由命题 1 和V、p. 14、命题 5 得出。
— 令 K 为域,L K 的高度 ≤1 和 S 子集 L 的 p 根延伸。为了使 S 是无 p 的,对于 S 的每个子集 T=S,K(T)=K(S) 是必要且充分的。
引用了 1 · 被以下引用 1
引用了 命题 1
被以下引用 定理 1
首先假设 S 是无 p 的,并令 T=S 为 S 的子集。用 A 集合表示整数的有限支撑 a=(αs)s∈S 在 0 和 p−1 之间;令A′为a=(αs)s∈S族的由……组成的子集,使得as=0适用于S−T中的所有s。我们还将 ua=∏s∈Ssαs 替换为 a∈A。那么(V,p. 98,命题1)族(ua)a∈A′在K上是K(S)的基,亚族(ua)a∈A′在K上是K(T)的基。从A′=A开始,我们有K(T)=K(S)。
现在假设 S 不是无 p 的。那么 S 的元素 x1,...,xn 存在整数 n≥1 和序列,使得 (x1,...,xn−1) 是 p 自由的,但 (x1,...,xn) 不是。我们有[K(x1,...,xn−1):K]=pn−1和[K(x1,...,xn):K]<pn。由于[K(x1,...,xn):K]是[K(x1,...,xn−1):K]的倍数,因此我们有
[K(x1,...,xn):K]=[K(x1,...,xn−1):K].
从而xn∈K(x1,...,xn−1)。这表明K(S−{xn})=K(S)。
— 令 K 为域,L K 和 S 的高度≤1 的 p 根延伸,T 为 L 的两个子集。以下条件是等效的: a) 子集 S 在 K 上无 p,T 在 K(S) 上无 p。 b) S∩T=∅ 并且 S U T 在 K 上是无 p 的。 如果 T 在 K(S) 上是无 p 的,则我们有 T∩K(S)=∅ 和更不必说 S∩T=∅。因此我们可以假设 S 和 T 不相交的。令A为所有a=(ax)x∈S∪T家庭的N(S∪T)由……组成的子集,所有x∈S∪T的ax<p,以及N(S)的定义子集A′和A′′ N(T) 以类似的方式。我们可以很自然地将认同N(S∪T)与N(S)×N(T)进行比较,然后将A与A′×A′′进行识别。对于a∈A,输入ua=∏x∈S∪Txαx,类似地,对于β∈A′和γ∈A′′,输入定义、uβ′和uγ′′。我们在 A=A′×A′′ 中有 ua=uβ′uγ′′ 对应 a=(β,γ)。此外还有(uβ′)β∈A′生成向量K空间K(S)(V,p. 94,命题1)。为了使 S U T 在 K 上无 p,族 (uβ′uγ′′)β∈A′,γ∈A′′ 在 K 上无 p 是必要且充分的(V,p. 98,命题 1);假设族 (uβ′)β∈A′ 在 K 上是自由的,族 (uγ′′)γ∈A′′ 在 K(S) 上是自由的,则得到相同的 (II, p. 222)。现在,a) 和 b) 的等价由命题 1 得出(V,p. 98)。
引用了 2
引用了 II § 1. 。 模, 命题 1
— 令 L 为 K 的高度 ≤1 的 p 根延伸,M 为 L 的子延伸。那么 L 是 M 上高度为 ≤1 的 p 基,M 是 K 上高度为 ≤1 的 p 基。此外,如果 B 是 M 在 K 上的 p 基,C 是 M 上L 的 p 基,则 B∩C=∅ 和 B∪C 是p-基础为 K 上的 L。
令 K 为域。 A family (xi)i∈I, is said to be a (absolute) p-basis of K if it is a p-basis of K over Kp. 对于每个整数n≥1,我们用所有a=(αi)i∈I的N(I)由……组成中的Λ(n)子集表示,这样αi<pn代表所有i∈I。
— 令 x=(xi)i∈I 为 K 的 p 基。对于每个整数 n≥1,族 (xu)u∈Λ(n) 是 K 的基超过 Kpn。
引用了 2
引用了 命题 25, II § 1, 命题 1
对于 n=1 断言约化到提案 1 (V、p. 98)。 集合Λ(n)由形式a=β+pn−1γN(I)元素与β∈Λ(n−1)和γ∈Λ(1)组成。这样的分解是独一无二的,我们有xα=xβ(xγ)pn−1。此外,族(xipn−1)i∈I显然是Kpn−1超过Kpn的p基,因此族(xγ)pn−1是Kpn−1的基超过Kpn。因此,我们利用II、p. 222、命题25得出归纳的结论。
2. 差异和p碱基
令 K 为域(特征 p)且 V 向量空间超过 K。我们记得 (III, p. 552) K 到 V 的推导是 K 到 V 满足关系的映射 D
D(x+y)D(xy)=D(x)+D(y)=xD(y)+yD(x)
对于x, y∈K。由此可见,D(1)=0和D(xn)=nxn−1D(x)适用于所有x=0和所有n∈Z(III、p. 557和558)。由于K具有特征p,因此我们对于所有x∈K
D(xp)=0.
此外,对于 (III, p. 558),我们有x, y∈K, y=0,
D(x/y)=(yD(x)−xD(y))/y2
由上式,D的公式核为K包含Kp的子域E。设M为K的子域;如果 M 是线性的,我们就说 D 是 M 的导数;由(2)可知,假设D到M中的限制是零。
我们定义了(III,p. 570)M的模ΩM(K)-K的微分以及规范的M-从K到ΩM(K)的推导d=dK/M。 dK/M生成向量K-空间ΩM(K)的像。为了使K到V的映射D成为M导数,存在K线性映射u:ΩM(K)→V使得D=u∘dK/M是必要且充分的;这个映射u是唯一确定的。
令 K 为域和由元素 x 生成的 K 的 L 扩张,使得 x∈/K, xp∈K。令V为向量空间除以L,并将K的A推导代入V,使得Δ(xp)=0。那么存在一个唯一的推导D,将L延伸到V,延伸A,使得D(x)=0。
被以下引用 1
被以下引用 推论 1
根据V、p. 24、第 1 条,{1, x, …, xp−1} 是 L 中的基,超过K。对于L的每个元素u=a0+a1x+…+ap−1xp−1(a0, …, ap−1在K中),我们放入D(u)=A(a0)+xΔ(a1)+…+xp−1Δ(ap−1)。显然D扩展A且满足(1);所以建立关系就足够了
D(uv)=u⋅D(v)+v⋅D(u)
当u为形式axi且v为形式bxj且a, b为K, 0≤i<p及0≤j<p时。
当i+j<p时,我们有uv=xi+jab,从而D(uv)=xi+jΔ(ab)。否则我们有0≤i+j−p<p,所以uv=xi+j−p(abxp),还有abxp∈K,但是从A(xp)=0开始,我们有A(abxp)=xpA(ab),从而,还有D(uv)=xi+jΔ(ab)。所以我们在所有情况下都有
D(uv)=xi+jΔ(ab)=xixj(a⋅A(b)+b⋅Δ(a))=(axi)xj⋅Δ(b)+(bxj)xi⋅Δ(a)=u⋅D(v)+v⋅D(u).
令K为域,L是p高度≤1对K和V向量空间在L上的径向延伸。每K的推导A进入V消失在Lp扩展到推导的L进入V。
引用了 1 · 被以下引用 3
引用了 命题 5
被以下引用 推论, 推论 2, 定理 1
根据 Zorn 的引理 (E, III, p. 20),存在最大扩张为 A 到推导 D0:L0→V,其中 L0 为子域为 L 包含 K。设 x∈L;我们有xp∈L0和A(xp)=0,从而D0(xp)=0。根据提案 5,
D_0 扩展到推导定义在 L_0(x) 上;通过 D_0 的最大值特征标,我们有 L_0(x) = L,从而 x ∈ L_0。由于 x 是任意的,我们结论 L_0 = L。
—令 L 为域 K 的高度 ≤ l 的 p 根延伸,并令 E 为 L 的子延伸。设 U 是由 E 的元素微分生成的 Ω_K(L) 的子空间。则 E 由 L 的元素组成,其与 U 的微分属于。特别是,对于所有 x ∈ L − K,我们有 d_{L/K}x ≠ 0。
引用了 1 · 被以下引用 3
引用了 推论 1
被以下引用 引理 3, 推出, 定理 1
令 x 为 L 的元素而不是属于到 E。则 {1, x, ..., x^{p^{l-1}}} 为 E(x) 在 E 上的基。令 A 为 E(x) 到 L 的 E 线性映射,使得 Δ(x^i) = ix'(0 ≤ i < p)。我们立即验证 A 是 E(x) 到 L 的 E 导数,特别是 K 导数。由科.从命题1到命题5,存在L到L延伸A的K-导数D。通过Ω_K(L)的泛性质,在向量L空间上存在线性形式u,使得D = u∘ d_{L/K}。我们有 D(x) = x 且 D|E = 0;因此,我们有 u(d_{L/K}x) ≠ 0 且 u|U = 0,从而 d_{L/K}x ∉ U。
最后一个断言是特殊情况 E = K;那么我们有 U = 0。
—令 L 为域 K 的高度 ≤ l 的 p 根扩展, (a_i)_{i ∈ I},元素 L 的族。
引用了 3 · 被以下引用 3
引用了 命题 2, 推论 2, 推论 1
被以下引用 推论, 推出, 定理 2
a) 对于 (x_i)_{i ∈ I} 在 K 上是 p-free 的,族 (dx_i)_{i ∈ I} 在向量 L-空间 Ω_K(L) 中是自由的是必要且充分的。
b) 对于 K 上的 (x_i)_{i I} 到生成 L,族 (dx_i)_{i I} 应该生成向量 L-空间 Ω_K(L) 是充分必要的。
c) 为了使 (x_i)_{i I} 成为 K 上 L 的 p 基,族 (dx_i)_{i I} 应该是向量 L 空间 Ω_K(L) 的基是充分必要的。
首先让我们注,域 K((x_i)_{i ∈ I}) 的元素的微分dx为线性组合,系数在微分dx_i、i I的L中。对于族 (x_i)_{i ∈ I} 是 p-free 的,对于所有 i ∈ I,x_i ∉ K(x_j)_{j ∈ I - {i}} 是必要且充分的(V,p. 99,命题 2)。由科.根据 Prop. 5 的 2,这意味着 dx_i 不是 dx_j 的线性组合,因为 I 中 j ≠ i。 断言 a) 由此得出。现在 b) 立即从 Cor. 开始。提案 2 至提案 5 和 c) 由 a) 和 b) 得出。
以下推论使得 Cor.提案 5 中的第 1 条更具体:
—设 (x_i)_{i ∈ I} 为 L 在 K 上的 p 基。设 V 为 L 上的向量空间,K 的 A 推导进入 V,其在 L^p 和 (u_i)_{i ∈ 上消失I} V 元素的家庭。那么V中存在L的唯一推导D,其中扩展A和映射x_i到u_i,对于所有i∈I。
引用了 2
引用了 推论 1, 定理 1
由科.根据命题 5 的 1,存在 L 的推导 D_0 延伸至 V 延伸 A。V 延伸 A 中的L 推导恰好是形式 D 的映射 = D_0 + u ∘ d_{L/K}其中 u 是 Ω_K(L) 到 V 的 L 线性映射。我们有 D(x_i) = u_i 当且仅当线性映射 u 满足条件 u(dx_i) = u_i − D_0(x_i)。由于族 dx_i 是 Ω_K(L) 的基,因此确定 u 是唯一的,推论如下。
设 L 为 K 的高度 ≤1 的 p 根延伸,(xi)i∈I 为 L 在 K 上的 p 基。至 Th。 1 对于每个i∈I,存在L到L的K-导数Di,其特征为Di(xj)=δij(克罗内克符号); Di 是有时,称为*推导相对于*xi的部分。当I是*有限*时,(Di)i∈I族是向量空间的基超过L由……组成的L到L的K-导数。
Th。 1 允许对 p 碱基的研究简化为对基或向量空间的研究。对于例,我们有以下结果:
— 令 L 为≤1 域 K 的 p 根延伸。 a) 在 K 上存在 L 的 p 基。更准确地说,如果 S 是 K 上 L 的无 p 子集和 L 的 T 子集,使得 S⊂T 和 L=K(T),则在 K 上存在L 的 p 基 B,使得S⊂B⊂T. b) K 上 L 的两个 p 碱基具有相同的基数。 c) *要使[L:K]是有限的,向量空间ΩK(L)超过L应该是有限维超过L,然后我们有
[L:K]=p[ΩK(L):L]
引用了 2 · 被以下引用 4
引用了 II § 7. 。 向量空间, 定理 1
被以下引用 习题 1, § 13, 引理 3, 推出, 推出 3, V § 16
断言 a) 和 b) 为直接的 (II, p. 292)。 如果 [L:K] 是有限的,则 a) 存在 K 上 L 的有限 p 基 (x1,...,xn);那么L的单项式x1α1...xnαn和0≤αi<p超过K的1≤i≤n形式基以及ΩK(L)的微分dx1,...,dxn形式基超过L。 因此我们有[L:K]=pn和[ΩK(L):L]=n。 相反,如果 ΩK(L) 是 L 上的有限维,则存在 K 上 L 的有限 p 基(V、p. 102、Th.1),且 [L:K] 是有限的。
— *对于每个 x∈L−K,存在 L 超过 K 包含 X 的 p 基。
引用了 3
引用了 定理 2, 推论 2, 定理 1
因为{x}是L超过K的无p子集,因此应用Th就足够了。 2、*a)*。
令 K 为 K 的域和 L 扩张。如果 D 是 L 的 K 导数,值在向量 L 空间中,那么对于所有 x∈L,我们有 D(xp)=0,依此类推D是K(Lp)的导数;由此可见ΩK(L)=ΩK(Lp)(L)。由于L是≤1高度K(Lp)的p根延伸,我们可以应用上面的结果。对于例,从 Th 开始。 1, c) 我们推论如下:设(xi)i∈I是L的元素的族;为了使(dxi)i∈I成为向量L-空间ΩK(L)的基,(xi)i∈I应该是L在K(Lp)上的p基是充分必要的。同样,科。提案 5 的第 2 条意味着:
— 令 K 为域(特征 p)和 K 的 L 扩张。 a) 令 x∈L;当且仅当 x 属于到 K(Lp) 时,微分 dL/Kx 消失。 b) ΩK(L)=0当且仅当L=K(Lp)。* c) *假设L是K上有限高度的p根;那么 ΩK(L)=0 当且仅当 L=K.
被以下引用 1
被以下引用 注 1, V § 16
3. 推导的子域和李代数之间的对应
我们将 E 的所有推导表示为 E 域并用 g 集合表示为自身。我们记得 g 是 E 上的向量空间,其中运算定义为
(D+D′)(x)=D(x)+D′(x),(aD)(x)=a⋅D(x)
对于g中的D,D′和E中的a,x。此外,如果D和D′是E入E的推导,[D,D′]=DD′−D′D(III,p. 554)也是如此。最后,莱布尼茨的公式 (III, p. 556) 给出
Dp(xy)=x⋅Dp(y)+j=1∑p−1(jp)Dj(x)Dp−j(y)+Dp(x)⋅y
(E中的x,y);由于1≤j≤p−1的二项式系数(jp)可被p整除(V、p. 4、引理 1),我们看到Dp是E到E中的推导。我们立即找到关系(对于a,a′∈E)
[aD,a′D′]=aa′⋅[D,D′]+(aD(a′))⋅D′−(a′D′(a))⋅D.
特别是,g×g到g的映射(D,D′)↦[D,D′]是Ep线性的。
我们用子域K或E的C集合表示,使得Ep⊂K和[E:K]是有限的;对于每个 K∈C,我们用 E 的 K 导数的 g(K) 集合表示。 Further, we denote by L the set of vector subspaces l of g of finite dimension over E and such that [D,D′]∈h and Dp∈h for any D,D′ in h; for each h∈L we denote by I(h) the set of x∈E such that D(x)=0 for all D∈h.
定理 3(雅各布森) 06RD
— 映射K↦g(K)和l↦I(h)分别是C到L的双射和L到C的双射,它们是互逆的。如果 K∈C 和 h∈L 对应彼此成立,则 [E:K]=p[h:E]。
— *令 L 为域,V 向量空间超过 L,且 u 自同态为 V,使得 up=u。对于每个i∈Fp,令Vi为u−i的核。然后我们有
V=i∈Fp⨁Vi.
被以下引用 2
被以下引用 引理 2, 引理 3
对于每个i∈Fp,用Pi(X)表示多项式−∏j=i(X−j)。我们有
(X−i)Pi(X)=X−Xp
由公式 (2) (V, p. 94)。在推导引用的公式 (2) 时,我们发现
i∈Fp∑Pi(X)=1
公式 (8) 和 (9) 表明V 映射 V 的自同态 Pi(u) 进入Vi 以及∑i∈FpPi(u)=1、从而 V=∑i∈FpVi。 仍有待证明和是直接的。 对于每个 i∈Fp 让 vi∈Vi;很明显,对于所有 j=i,Pi(u) 会消灭 vj,并且我们有 P(u)vi=avi 和 a=−∏n∈Fp∗n=0。 因此,关系∑i∈Fpvi=0意味着vi=0对于所有i∈Fp,因此和是直接的。
设 D 为 E 的推导,使得 Dp=D,并令 K 为 D 的核。假设 E 中存在一个非零 x,使得 D(x)=x。那么 K 是 E 包含 Ep 的子域,我们有 [E:K]=p。
引用了 1
引用了 引理 1
显然,K 是 E 包含 Ep 的子域。用D−i的Ki核表示i∈Fp。我们有 K0=K 和引理 1 表明E=⨁i∈FpKi。令i∈Fp且u在Ki中;我们有
D(xu)=D(x)⋅u+x⋅D(u)=xu+x(iu)=(i+1)xu 从而
xu∈Ki+1。由于x非零,所以x的乘法是向量K空间E的自同构,其中对于所有
i∈Fp,映射
Ki到
Ki+1。从
[K0:K]=1 开始,我们为所有
i∈Fp 从而
[E:K]=p 提供了
[Ki:K]=1。
设 h∈L 是 E 上的维数 s。然后 I(h) 属于到 C,我们有 [E:I(h)]=ps。
引用了 4
引用了 定理 7, II § 7, 引理 1, 定理 2, 推论 2
显然,I(h)是E包含Ep中的子域。对于每个x∈E,令fx为I上的E线性形式D↦D(x))。由于这些线性形式的 kcrncl 的交等于 0,因此它们生成向量空间对偶于 h (II, p. 301, Th. 7);因此,E中存在x1,…,xs,使得这个对偶的线性形式fx1,…,fxs形式基。令 (Δ1,…,Δs) 为由 Δi(xj)=fxj(Δi)=δij 表征的 h 的基。把Di=xiΔi,然后(D1,…,Ds)是基/I)在E上,我们有Di(xj)=xiδij。 推导Dip−Di和[Di,Dj](i,j=1,…,s属于至I)并消灭x1,…,xs;因此我们有
Dip=Di,[Di,Dj]=0 对于 0 到 s 范围内的 i,我们用
Ki 交或核或推导
Dj 来表示
1≤j≤i。那么
Ki是E的子域,我们有
E=K0⊃K1⊃…⊃Ks−1⊃Ks=I(h). 令i在0和
s−1之间;那么
Ki在
Di+1下是稳定的,因为
Di+1与
D1,…,Di通勤。此外,我们还有
Di+1p=Di+1、
Di+1(xi+1)=xi+1=0和
xi+1∈Ki。因此引理 1 意味着
[Ki:Ki+1]=p,从而最后
[E:K]=[K0:Ks]=ps。
现在我们来到证明/定理。设 I) ∈L 为 E 上的维数 s,并放入 K=I(h);然后[E:K]=ps乘引理3,从而[ΩK(E):E]=s乘
Th。 2、c) (V、p. 103)。通过微分映射u↦u∘dE/K的模的泛性质是ΩK(E)对偶g(K)的同构,因此[g(K):E]=s。现在我们有[h:E]=s和h⊂g(K),从而h=g(K),即h=g(I(h))。
相反,对于每个域K∈C,很明显g(K)属于到L(V,p. 103,Th.2,c))。 如果x属于到I(g(K)),我们在ΩK(E)、从而dE/Kx=0上为每个线性形式u有u(dE/Kx)=0,所以最后x∈K由Cor.提案 5 中的第 2 条(V、p. 102)。因此我们有K=I(g(K))。
习题
参见习题为 § 13。