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§ 9。 共轭元素和拟伽罗瓦扩展
在本段中,K 表示 K 的域和 代数闭包。
1. 扩张 / 同构
命题 1 06LK
— 令 E 为 中包含的 K 的扩张,u 为 E 到 的 K 同态。
引用了 1 · 被以下引用 14
引用了 V § 4. 。 代数闭扩张
被以下引用 推论 4, V § 10, 推论 5, V § 10, 命题 3, V § 10, 命题 4, V § 10, 推论, V § 11, 注 2, V § 7, 定义 1, 定义 2, 注 1, 命题 2, 命题 3, 推论 1, 推论 3, 定理 7, VIII § 14
a) 如果 u 映射 E 代入 E,则 u 诱导 E 的 K-自同构。
b) 存在扩展 u 的 的 K 自同构 v。
假设;证明a)只要证明就足够了。令x为E的元素,f为x在K上的最小多项式,以及fin E的根的集合。集合是有限的,E到E的映射u是单射的,我们有;因此 、从而 ;这表明。
显然是E和的代数闭包;因此(V,p. 23,Cor.),E的同构u到扩展到同构的v到。
2. 共轭扩张。 共轭元素
定义 1 06LL
— 令 E 和 F 为 中包含的 K 的两个扩张。如果存在的K-自同构u使得,我们可以说E和F是共轭(在中)。如果存在的K-自同构u使得,则称的两个元素x和y在K上共轭。
引用了 1
引用了 命题 1
设E和F是中包含的K的两个扩张。根据命题 1,E 和 F 在 K 上是共轭当且仅当它们与 K 同构扩张时。尤其是当存在 的两个子集 A 和 B 使得 和 以及 的 K 自同构 u 使得。
关系 « x 和 y 在 K 上为共轭 » 在 中为等价关系; -中的等价类称为共轭类;它们是的所有K-自同构的群中的中的轨道。
a) x 和 y 在 K 上共轭。
b) 存在到的K同构o,使得。
c) x 和 y 在 K 上具有相同的最小多项式。
首先假设 x 和 y 在 K 上共轭;令 u 为 的 K 自同构,使得 并令 f 为 x 在 K 上的最小多项式。我们有
且是中的一元不可约多项式;因此 (, p. 16, Th.1, c)), 是 在 上的最小多项式。因此a) 意味着c)。
现在假设 和 在 上具有相同的最小多项式 。 There exists a -isomorphism of the field onto (resp. onto ) mapping the residue class of modulo to (resp. ) (, p. 16, Th. 1, b)); hence there exists a -isomorphism of onto such that . 因此c)意味着b)。
最后,在假设 b)下,命题1暗示存在延伸的自同构;然后我们有,因此和是共轭超过,所以b)意味着a)。
推论 1 06LN
— *令为次数的在上的元素,并令为在上的最小多项式。 超过的共轭是中的根,并且它们的数最多等于。
令为在上的最小多项式;它的根是在上的共轭,并且每个根都承认是上的最小多项式。现在在上是可分的,当且仅当多项式是可分的(,p. 39,命题5),也就是说,如果在中与不同的根。科。由此得出 2。*
在其他字中,的元素是的p根式当且仅当它除了自身之外没有共轭。
令 为特征指数,令 。根据、p. 44、命题13,存在整数,使得是代数且可在上分离。现在在下不变当且仅当在下不变;由科. 2 当且仅当是次数1除以,即说即时,才是这种情况。现在推论是直接的推论.*
3. 拟伽罗瓦扩展
定义 2 06LQ
— *令 为 中的扩张。那么 被称为准伽罗瓦或正规(超过 ),如果它是代数并且如果 的每个不可约多项式在 、分裂的中至少有一个根转化为乘积的多项式 中有次数 1(无论是否不同)。
如果是的代数闭包,则它是的拟伽罗瓦扩展;对于命题 1 (, p. 19) 的条件 (AC),断言 中的每个非常数多项式都是次数 1 的多项式的乘积。*
命题 3 06LR
— 令 E 为 中包含的 K 的扩张。那么下面的条件是等价的: a) E 是 K 的拟伽罗瓦扩展。 b) 对于中K上的每个共轭,所有属于到E。 c) 映射域 E 的每个 K-自同构为自身。 d) E 到 映射 E 到自身的每个 K 同态。 e) E 是 中非常数多项式族 的 中的分裂扩张(V、p. 24、注 3)。
c) 和 d) 的等价源于这样一个事实:E 到 的每个 K-同态都是由 的 K-自同构引起的(V,p. 52,命题 1)。
通过定义,拟伽罗瓦扩展是其元素的最小多项式族(超过 K)的分裂域,因此 a) 蕴含 e)。在假设 e) 下,令 为 的自同构;对于每个,排列的根的集合,从开始,我们有;因此 e) 意味着 c)。
共轭元素的定义表明c)蕴涵b)。最后假设 b) 成立;令 为 中的一元不可约多项式,在 E 中至少有一个根 ;由于 是代数闭集,因此存在 () 的元素 ,使得 并且由于 是 x 在 K 上的共轭 (V,p. 53,Cor. 1),他们属于到 E 假设。所以我们已经证明 b) 蕴涵 a)。
推论 1 06LS
— 对于 中包含的 K 的扩张 E 来说,要成为拟伽罗瓦,它与 K 上的所有共轭相同是充分必要的。
这是从第 1 号提案的 a) (V、p. 52) 和第 3 号提案的条件 a) 和 c) 的等价得出的。
推论 2 06LT
— 令 E 和 F 为 K 的两个代数扩张,使得 。如果 F 是 K 上的拟伽罗瓦,那么它是 E 上的拟伽罗瓦。
我们可以假设。令为的E自同构。由于是的K-自同构,并且F是K上的拟伽罗瓦,所以我们有,因此F是E上的拟伽罗瓦。
推论 3 06LU
— 令 N 为 中包含的 K 的准伽罗瓦扩张,E 为 N 的子扩张。令 为 E 到 的 K 同态;那么 且存在 N 的 K 自同构 ,其中诱导 在 E 上。
令 为 扩展 的 K-自同构(V,p. 52,命题 1);由于 N 是 K 上的拟伽罗瓦,我们有 、从而 ,因此 诱导是 N 的 K-自同构 。
令 为 中的非常数多项式族,其 上的分裂域为 。那么很明显,是族在上的分裂域,因此它是上的拟伽罗瓦。
注 1 06LW
设是的扩张,是的子扩展,并假设是上的拟伽罗瓦。让我们证明的每个自同构都使不变。让 和 为 在 上的最小多项式。由于是上的拟伽罗瓦,因此存在使得;我们有,因此是之一,因此属于到。我们已经证明了,现在紧随其后的是V、p. 52,命题1。
注 2 06LX
假设是的拟伽罗瓦扩展,是的拟伽罗瓦扩展; 并不总是 上的拟伽罗瓦(V,p. 153,例 1)。原因如下:设是的自同构;我们有,但如果是的元素的上的最小多项式,那么它在下不一定是不变的;因此,不一定是共轭到超过,因此也不一定是属于到。在这种情况下,和是的两个不同的准伽罗瓦扩展,它们是同构的,但不是同构的。
注 3 06LY
令为的代数扩张和两个的元素。如果存在的自同构,其中映射到,则和在上具有相同的最小多项式,因此根据命题2,共轭在上(V,p. 52)。如果是拟伽罗瓦,则逆命题成立,因为诱导的每个自同构都是的自同构。 假设 拟伽罗瓦并不是多余的,如下例所示: \* 令所有代数数的 和 域;输入。可以证明(V,p. 153,例 2) 的每个自同构都是恒等映射,并且 和 是 共轭的元素 。 \
4. 由集合生成的拟伽罗瓦扩展
令为的自同构。对于所有 ,我们都有 ,因此我们获得等式 和 ;现在命题遵循 Cor. 1(V,p. 54)。
令为元素集合,令为元素集合,即元素共轭;换句话说,如果是的群-的自同构,我们有。对于每个,我们有从而。因此 是 包含于 的拟伽罗瓦扩展,直接的 包含于 包含的每个拟伽罗瓦扩展 ,因此。我们可以说是由生成的拟伽罗瓦扩展。当是的扩张时,这个定义尤其适用。
下一个命题直接接在前一个注之后。
命题 5 06M0
— 令 E 为 中包含的 K 的扩张,N 为由 E 生成的拟伽罗瓦扩展。如果 A 为 的子集,使得 则,其中 B 为 的元素的集合分别是 A 的共轭到元素。
推论 1 06M1
— 如果 E 是 K 的有限次数的扩张,则 E 生成的 K 的拟伽罗瓦扩展 N 是 K 上的有限次数。 因为我们有 ,其中 A 是有限的,因此 A 的元素的共轭的集合 B 是有限的,从而推论为 Th。 2(V,p. 18)。
推论 2 06M2
— K 的每个拟伽罗瓦扩展 N 是 K 上有限次数的 N 拟伽罗瓦子扩展的并。 令和是由生成的K的拟伽罗瓦扩展。由于 是 K 上的有限次数,因此(Cor.1)也是如此,我们有 。
引用了 1
引用了 推论 1
习题
参见习题为 § 9。