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§ 18。 单代数超过有限域
1. 有限域以上的多项式
定理 1(Chevalley-警告) 00SA
令 K 为特征 p 的有限交换域。令n为整数⩾1,且(fi)i∈I为K[X1,...,Xn]的非零元素的有限族。用元素 x 的 Z 集合 Kn 表示,这样我们就有 i∈I 的fi(x)=0。如果我们有n>∑i∈I deg(fi),那么Z的基数可以被p整除。
被以下引用 2
被以下引用 引理 2, 推论
令L为域,G为有限群,且χ为从G到乘法群L∗的非平凡同态。我们有∑x∈Gχ(x)=0。
被以下引用 1
被以下引用 引理 2
到假设,G 存在元素 a,使得χ(a)=1;因为乘法除以a是G的置换,我们有
x∈G∑χ(x)=x∈G∑χ(ax)=χ(a)x∈G∑χ(x)
这给出了引理 1。
回想一下 00=1 (I, §2, No. 1, p. 14)。假设m是q−1的倍数。由于阿贝尔的群 K∗ 具有阶 q−1,因此对于每个 x∈K∗ 和 Sm=0m+(q−1)⋅1,我们都有 xm=1,在本例中给出断言。
假设m不是q−1的倍数。 集合 χ(x)=xm x∈K∗。由于乘法群K∗是阶q−1的循环(V, §12, No. 1,p. 93,命题1),因此存在K∗的元素a使得χ(a)=1。将引理 1 应用于G=K∗,我们有
Sm=0m+x∈K∗∑χ(x)=0; 这给出了引理 2。
现在让我们证明定理 1。令x=(x1,…,xn)为Kn的元素。如果fi(x)=0,我们有1−fi(x)q−1=0;如果fi(x)=0,我们有1−fi(x)q−1=1。 集合P=∏i=1r(1−fiq−1)。我们有
P(x)={10if x∈Z,if x∈/Z. 让我们将多项式
P展开为
∑α∈NncαXα;到假设,它有次数
<(q−1)n。令
α为
Nn的元素,使得
cα为非零的。由于我们有
α1+⋯+αn<(q−1)n,因此存在整数
ℓ,使得
1≤ℓ≤n和
0≤αℓ<q−1。到引理 2,我们就有
∑x∈Kxαℓ=0,因而
x∈Kn∑xα=j=1∏n(x∈K∑xαj)=0. 因此我们有
x∈Kn∑P(x)=α∈Nn∑cα(x∈Kn∑xα)=0. 现在,通过公式 (1),我们有
∑x∈KnP(x)=Card(Z)⋅1,因此有
Card(Z)⋅1=0,这意味着
Card(Z) 可以被
p整除。
令V为有限维n的向量空间超过K,并且I是有限的集合,并且对于每个i∈I,令Fi:V→K为齐次多项式映射或次数 di>0。如果我们有 ∑i∈Idi<n,则存在非零元素 x 或 V,使得每个 i∈I 都有 Fi(x)=0。
引用了 2
引用了 定义 3, IV § 5, 定理 1(Chevalley-警告)
令(e1,…,en)为V除K的基。通过齐次多项式映射的定义 (IV, §5, No. 9, p. 55, 定义 3),对于每一个 i∈I,在次数 di 的 K[X1,…,Xn] 中存在一个齐次多项式 fi,使得我们有Fi(ξ1e1,…,ξnen)=fi(ξ1,…,ξn)。令Z为集合/元素x/V,使得每个i∈I都有Fi(x)=0。通过定理 1,Z的基数可以被p整除,并且从0属于到S,我们有Card(Z)≥p>1。
2. 单代数超过有限域
令 D 为有限域,令 K 为其中心。 K-代数 D 是次数 m2 的中心简单,其中m 是严格的正整数。 约化范数是次数 m (VIII, p. 345, 命题 6) 的齐次多项式映射 Nrd:D→K,并且对于 D 中的每个a=0,我们有 Nrd(a)=0 (VIII、p. 340、命题 3)。上面的推论意味着m⩾m2,因而m=1。所以我们有 D = K。
这是从定理 2 和结构定理得出简单的环(VIII、p. 120、定理 1)。
这是从定理 2 和结构定理到中央单代数(VIII、p. 252、定理 1)。
习题
参见习题为 § 18。