Bourbaki

Google 翻译生成的粗略草稿,质量较低。术语依照术语表,但句子可能有误;之后会由仔细的译文取代。

§ 9。 共轭元素和拟伽罗瓦扩展

在本段中,K 表示 K 的域和 Ω\Omega 代数闭包。

1. 扩张 / 同构

命题 1 06LK

— 令 E 为 Ω\Omega 中包含的 K 的扩张,u 为 E 到 Ω\Omega 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 Ω\Omega 的 K 自同构 v。

假设u(E)⊂Eu(E) \subset E;证明a)只要证明u(E)=Eu(E) = E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Φ\Phi集合。集合Φ\Phi是有限的,E到E的映射u是单射的,我们有u(Φ)⊂Φu(\Phi) \subset \Phi;因此 u(Φ)=Φu(\Phi) = \Phi、从而 x∈u(Φ)⊂u(E)x \in u(\Phi) \subset u(E);这表明E=u(E)E = u(E)。

显然Ω\Omega是E和u(E)u(E)的代数闭包;因此(V,p. 23,Cor.),E的同构u到u(E)u(E)扩展到同构Ω\Omega的v到Ω\Omega。

2. 共轭扩张。 共轭元素

定义 1 06LL

— 令 E 和 F 为 Ω\Omega 中包含的 K 的两个扩张。如果存在Ω\Omega的K-自同构u使得u(E)=Fu(E) = F,我们可以说E和F是共轭(在Ω\Omega中)。如果存在Ω\Omega的K-自同构u使得u(x)=yu(x) = y,则称Ω\Omega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Ω\Omega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 Ω\Omega 的两个子集 A 和 B 使得 E=K(A)E = K(A) 和 F=K(B)F = K(B) 以及 Ω\Omega 的 K 自同构 u 使得u(A)=Bu(A) = B。

关系 « x 和 y 在 K 上为共轭 » 在 Ω\Omega 中为等价关系; -Ω\Omega中的等价类称为共轭类;它们是Ω\Omega的所有K-自同构的群中的Ω\Omega中的轨道。

命题 2 06LM

— 令 x 和 y 为 Ω\Omega 中的两个元素。那么下面的条件是等价的:

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 命题 1

被以下引用 注 3

a) x 和 y 在 K 上共轭。

b) 存在K(x)K(x)到K(y)K(y)的K同构o,使得v(x)=yv(x) = y。

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 Ω\Omega 的 K 自同构,使得 u(x)=yu(x) = y 并令 f 为 x 在 K 上的最小多项式。我们有

f(y)=f(u(x))=u(f(x))=0, f(y) = f(u(x)) = u(f(x)) = 0,

且ff是K[X]\mathbf{K}[X]中的一元不可约多项式;因此 (VV, p. 16, Th.1, c)),ff 是 yy 在 KK 上的最小多项式。因此a) 意味着c)。

现在假设 xx 和 yy 在 KK 上具有相同的最小多项式 ff。 There exists a KK-isomorphism of the field K[X]/(f)\mathbf{K}[X]/(f) onto K(x)\mathbf{K}(x) (resp. onto K(y)\mathbf{K}(y)) mapping the residue class of XX modulo (f)(f) to xx (resp. yy) (VV, p. 16, Th. 1, b)); hence there exists a KK-isomorphism vv of K(x)\mathbf{K}(x) onto K(y)\mathbf{K}(y) such that v(x)=yv(x) = y. 因此c)意味着b)。

最后,在假设 b)下,命题1暗示存在Ω\Omega延伸vv的KK自同构uu;然后我们有u(x)=yu(x) = y,因此xx和yy是共轭超过KK,所以b)意味着a)。

推论 1 06LN

— *令xx为次数nn的Ω\Omega在KK上的元素,并令ff为xx在KK上的最小多项式。 xx超过KK的共轭是Ω\Omega中的根,并且它们的数最多等于nn。

推论 2 06LO

— *令xx为次数nnΩ\Omega元素超过KK。为了使xx在KK上可分,xx在Ω\Omega中有nn共轭是充分必要的;当这种情况发生时,xx超过KK的所有共轭都可以在KK上分离。

被以下引用 1

被以下引用 推论 3

令ff为xx在KK上的最小多项式;它的根是xx在KK上的共轭,并且每个根都承认ff是KK上的最小多项式。现在xx在KK上是可分的,当且仅当多项式ff是可分的(VV,p. 39,命题5),也就是说,如果ff在Ω\Omega中与nn不同的根。科。由此得出 2。*

推论 3 06LP

— *令GG为KK的群-Ω\Omega的自同构。 Ω\Omega中GG的不变量的集合是Ω\Omega中KK的相对p根闭包(VV,p. 25)。

引用了 1

引用了 推论 2

在其他字中,Ω\Omega的元素xx是KK的p根式当且仅当它除了自身之外没有共轭。

令 pp 为特征指数,令 x∈Ωx \in \Omega。根据VV、p. 44、命题13,存在整数m≥0m \geq 0,使得y=xpmy = x^{p^m}是代数且可在KK上分离。现在xx在GG下不变当且仅当yy在GG下不变;由科. 2 当且仅当yy是次数1除以KK,即说即y∈Ky \in K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 EE 为 KK 中的扩张。那么 EE 被称为准伽罗瓦或正规(超过 KK),如果它是代数并且如果 K[X]K[X] 的每个不可约多项式在 EE、分裂的中至少有一个根转化为乘积的多项式E[X]E[X] 中有次数 1(无论是否不同)。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 命题 1

被以下引用 定理 1, V § 10

如果EE是KK的代数闭包,则它是KK的拟伽罗瓦扩展;对于命题 1 (VV, p. 19) 的条件 (AC),断言 E[X]E[X] 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 Ω\Omega 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Ω\Omega中K上xx的每个x∈Ex \in E共轭,所有属于到E。 c) Ω\Omega 映射域 E 的每个 K-自同构为自身。 d) E 到 Ω\Omega 映射 E 到自身的每个 K 同态。 e) E 是K[X]K[X] 中非常数多项式族(fi)i∈I(f_i)_{i \in I} 的Ω\Omega 中的分裂扩张(V、p. 24、注 3)。

引用了 2 · 被以下引用 3

引用了 命题 1, 推论 1

被以下引用 定义 2, V § 10, 推论 4, V § 10, 推论 1

c) 和 d) 的等价源于这样一个事实:E 到 Ω\Omega 的每个 K-同态都是由 Ω\Omega 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 uu 为 Ω\Omega 的自同构;对于每个i∈Ii \in I,uu排列fif_i的根的集合RiR_i,从E=K(⋃i∈IRi)E = K \left( \bigcup_{i \in I} R_i \right)开始,我们有u(E)=Eu(E) = E;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 ff 为 K[X]K[X] 中的一元不可约多项式,在 E 中至少有一个根 xx;由于 Ω\Omega 是代数闭集,因此存在 Ω\Omega (1≤k≤n1 \leq k \leq n) 的元素 aka_k,使得 f(x)=∏k=1n(X−ak)f(x) = \prod_{k=1}^n (X - a_k) 并且由于 aka_k 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 Ω\Omega 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。

引用了 2 · 被以下引用 3

引用了 命题 1, 命题 3

被以下引用 定理 1, V § 10, 命题 3, 命题 4

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 E⊂FE \subset F。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F⊂ΩF \subset \Omega。令uu为Ω\Omega的E自同构。由于uu是Ω\Omega的K-自同构,并且F是K上的拟伽罗瓦,所以我们有u(F)=Fu(F) = F,因此F是E上的拟伽罗瓦。

推论 3 06LU

— 令 N 为 Ω\Omega 中包含的 K 的准伽罗瓦扩张,E 为 N 的子扩张。令 uu 为 E 到 Ω\Omega 的 K 同态;那么 u(E)⊂Nu(E) \subset N 且存在 N 的 K 自同构 vv,其中诱导 uu 在 E 上。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 命题 1

被以下引用 命题 10, V § 14

令 ww 为 Ω\Omega 扩展 uu 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 w(N)=Nw(N) = N、从而 w(E)⊂Nw(E) \subset N,因此 ww 诱导是 N 的 K-自同构 vv。

推论 4 06LV

— 令 E′E' 为 K 和 E 的扩张,K′K' E′E' 的两个子扩展。假设 E 是 K 和 E′=K′(E)E' = K'(E) 上的拟伽罗瓦;那么 E′E' 是 K′K' 上的拟伽罗瓦。

被以下引用 1

被以下引用 定理 5, V § 10

令 (fi)i∈I(f_i)_{i \in I} 为 K[X]K[X] 中的非常数多项式族,其 KK 上的分裂域为 EE。那么很明显,E′E'是(fi)i∈I(f_i)_{i \in I}族在K′K'上的分裂域,因此它是K′K'上的拟伽罗瓦。

注 1 06LW

设FF是KK的扩张,EE是FF的子扩展,并假设EE是KK上的拟伽罗瓦。让我们证明FF的每个KK自同构uu都使EE不变。让 x∈Ex \in E 和 ff 为 xx 在 KK 上的最小多项式。由于EE是KK上的拟伽罗瓦,因此存在a1,…,an∈Ea_1, \ldots, a_n \in E使得f(X)=Π(X−ai)f(X) = \Pi(X - a_i);我们有f(u(x))=u(f(x))=0f(u(x)) = u(f(x)) = 0,因此u(x)u(x)是aia_i之一,因此属于到EE。我们已经证明了u(E)⊂Eu(E) \subset E,现在u(E)=Eu(E) = E紧随其后的是V、p. 52,命题1。

引用了 1 · 被以下引用 3

引用了 命题 1

被以下引用 V § 10. 。 伽罗瓦扩张, 例 6, V § 10, 命题 3, V § 10

注 2 06LX

假设EE是KK的拟伽罗瓦扩展,FF是EE的拟伽罗瓦扩展; FF 并不总是 KK 上的拟伽罗瓦(V,p. 153,例 1)。原因如下:设uu是Ω\Omega的KK自同构;我们有u(E)=Eu(E) = E,但如果ff是FF的元素xx的EE上的最小多项式,那么它在uu下不一定是不变的;因此,u(x)u(x)不一定是共轭到xx超过EE,因此也不一定是属于到FF。在这种情况下,FF和u(F)u(F)是EE的两个不同的准伽罗瓦扩展,它们是KK同构的,但不是EE同构的。

注 3 06LY

令EE为KK的代数扩张和x,yx, y两个EE的元素。如果存在EE的KK自同构,其中映射xx到yy,则xx和yy在KK上具有相同的最小多项式,因此根据命题2,共轭在KK上(V,p. 52)。如果EE是拟伽罗瓦,则逆命题成立,因为Ω\Omega诱导的每个KK自同构都是EE的KK自同构。 假设 EE 拟伽罗瓦并不是多余的,如下例所示: \* 令所有代数数的 K=QK = \mathbf{Q} 和 Ω\Omega 域;输入E=Ω∩RE = \Omega \cap \mathbf{R}。可以证明(V,p. 153,例 2)EE 的每个自同构都是恒等映射,并且2\sqrt{2} 和−2-\sqrt{2} 是EE 共轭的元素 Q\mathbf{Q}。 \

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 命题 2

被以下引用 定义 2, V § 10

4. 由集合生成的拟伽罗瓦扩展

命题 4 06LZ

— 令 (Ni)i∈I(N_i)_{i \in I} 为 Ω\Omega 中包含的 KK 的准伽罗瓦扩展族。设N=⋂i∈INiN = \bigcap_{i \in I} N_i和M=K(⋃i∈INi)M = K\left( \bigcup_{i \in I} N_i \right);那么KK的扩张NN和MM是拟伽罗瓦。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 推论 1

被以下引用 命题 1, V § 10

令uu为Ω\Omega的KK自同构。对于所有 i∈Ii \in I,我们都有 u(Ni)=Niu(N_i) = N_i,因此我们获得等式 u(N)=Nu(N) = N 和 u(M)=Mu(M) = M;现在命题遵循 Cor. 1(V,p. 54)。

令AA为Ω\Omega元素集合,令BB为Ω\Omega元素集合,即AA元素共轭;换句话说,如果GG是KK的群-Ω\Omega的自同构,我们有B=⋃u∈Gu(A)B = \bigcup_{u \in G} u(A)。对于每个u∈Gu \in G,我们有u(B)=Bu(B) = B从而u(K(B))=K(B)u(K(B)) = K(B)。因此 K(B)K(B) 是 KK 包含于 AA 的拟伽罗瓦扩展,直接的 KK 包含于 AA 包含的每个拟伽罗瓦扩展 NN BB,因此K(B)K(B)。我们可以说K(B)K(B)是由AA生成的拟伽罗瓦扩展。当AA是KK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 Ω\Omega 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 Ω\Omega 的子集,使得 E=K(A)E = K(A) 则N=K(B)N = K(B),其中 B 为 Ω\Omega 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 E=K(A)E = K(A),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)。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 定理 2, V § 3

被以下引用 推论 2

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x∈Nx \in N和NxN_x是由{x}\{x\}生成的K的拟伽罗瓦扩展。由于 K(x)K(x) 是 K 上的有限次数,因此NxN_x(Cor.1)也是如此,我们有 x∈Nxx \in N_x。

引用了 1

引用了 推论 1

习题

参见习题为 § 9。

Google 翻译生成的粗略草稿,质量较低。术语依照术语表,但句子可能有误;之后会由仔细的译文取代。