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。

§ 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 pp 的有限交换域。令nn为整数⩾1\geqslant 1,且(fi)i∈I(f_i)_{i\in I}为K[X1,...,Xn]K[X_1, . . . ,X_n]的非零元素的有限族。用元素 x\mathbf{x} 的 Z 集合 KnK^n 表示,这样我们就有 i∈Ii\in I 的fi(x)=0f_i(\mathbf{x}) = 0。如果我们有n>∑i∈In >\sum_{i\in I} deg(fif_i),那么Z的基数可以被pp整除。

被以下引用 2

被以下引用 引理 2, 推论

引理 1 00LB

令L为域,G为有限群,且χ\chi为从G到乘法群L∗L^*的非平凡同态。我们有∑x∈Gχ(x)=0\sum_{x\in G}\chi (x) = 0。

被以下引用 1

被以下引用 引理 2

到假设,G 存在元素 aa,使得χ(a)≠1\chi (a)\not= 1;因为乘法除以aa是G的置换,我们有

∑x∈Gχ(x)=∑x∈Gχ(ax)=χ(a)∑x∈Gχ(x) \sum_{x\in G}\chi (x) =\sum_{x\in G}\chi (ax) =\chi (a)\sum_{x\in G}\chi (x)

这给出了引理 1。

引理 2 00LC

令 qq 为 K 的基数。对于任意整数 m⩾0m\geqslant 0,集合 Sm=S_m= ∑x∈Kxm\sum_{x\in K}x^m。如果mm是q−1q-1的非零的倍数,我们有Sm=−1S_m=-1,在所有其他情况下Sm=0S_m= 0。

引用了 3

引用了 I § 2. 。 单位元素;可取消元素; 可逆元, 引理 1, 定理 1(Chevalley-警告)

回想一下 00=10^0= 1 (I, §2, No. 1, p. 14)。假设mm是q−1q-1的倍数。由于阿贝尔的群 K∗K^* 具有阶 q−1q-1,因此对于每个 x∈K∗x\in K^* 和 Sm=0m+(q−1)⋅1S_m= 0^m+ (q-1)\cdot 1,我们都有 xm=1x^m= 1,在本例中给出断言。

假设mm不是q−1q-1的倍数。 集合 χ(x)=xm\chi (x) =x^m x∈K∗x\in K^*。由于乘法群K∗K^*是阶q−1q-1的循环(V, §12, No. 1,p. 93,命题1),因此存在K∗K^*的元素aa使得χ(a)≠1\chi(a) \neq 1。将引理 1 应用于G=K∗G = K^*,我们有

Sm=0m+∑x∈K∗χ(x)=0; S_m = 0^m + \sum_{x \in K^*} \chi(x) = 0;
这给出了引理 2。

现在让我们证明定理 1。令x=(x1,…,xn)\mathbf{x} = (x_1, \ldots, x_n)为KnK^n的元素。如果fi(x)≠0f_i(\mathbf{x}) \neq 0,我们有1−fi(x)q−1=01 - f_i(\mathbf{x})^{q-1} = 0;如果fi(x)=0f_i(\mathbf{x}) = 0,我们有1−fi(x)q−1=11 - f_i(\mathbf{x})^{q-1} = 1。 集合P=∏i=1r(1−fiq−1)P = \prod_{i=1}^r (1 - f_i^{q-1})。我们有

P(x)={1if x∈Z,0if x∉Z. P(\mathbf{x}) = \begin{cases} 1 & \text{if } \mathbf{x} \in \mathbf{Z}, \\ 0 & \text{if } \mathbf{x} \notin \mathbf{Z}. \end{cases}
让我们将多项式PP展开为∑α∈NncαXα\sum_{\alpha \in \mathbf{N}^n} c_\alpha X^\alpha;到假设,它有次数<(q−1)n< (q-1)n。令α\alpha为Nn\mathbf{N}^n的元素,使得cαc_\alpha为非零的。由于我们有α1+⋯+αn<(q−1)n\alpha_1 + \cdots + \alpha_n < (q-1)n,因此存在整数ℓ\ell,使得1≤ℓ≤n1 \leq \ell \leq n和0≤αℓ<q−10 \leq \alpha_\ell < q-1。到引理 2,我们就有 ∑x∈Kxαℓ=0\sum_{x \in K} x^{\alpha_\ell} = 0,因而
∑x∈Knxα=∏j=1n(∑x∈Kxαj)=0. \sum_{\mathbf{x} \in K^n} \mathbf{x}^\alpha = \prod_{j=1}^n \left( \sum_{x \in K} x^{\alpha_j} \right) = 0.
因此我们有
∑x∈KnP(x)=∑α∈Nncα(∑x∈Knxα)=0. \sum_{\mathbf{x} \in K^n} P(\mathbf{x}) = \sum_{\alpha \in \mathbf{N}^n} c_\alpha \left( \sum_{\mathbf{x} \in K^n} \mathbf{x}^\alpha \right) = 0.
现在,通过公式 (1),我们有 ∑x∈KnP(x)=Card⁡(Z)⋅1\sum_{\mathbf{x} \in K^n} P(\mathbf{x}) = \operatorname{Card}(\mathbf{Z}) \cdot 1,因此有 Card⁡(Z)⋅1=0\operatorname{Card}(\mathbf{Z}) \cdot 1 = 0,这意味着 Card⁡(Z)\operatorname{Card}(\mathbf{Z}) 可以被 pp整除。

推论 00LD

令VV为有限维nn的向量空间超过KK,并且II是有限的集合,并且对于每个i∈Ii \in I,令Fi:V→KF_i : V \to K为齐次多项式映射或次数 di>0d_i > 0。如果我们有 ∑i∈Idi<n\sum_{i \in I} d_i < n,则存在非零元素 xx 或 VV,使得每个 i∈Ii \in I 都有 Fi(x)=0F_i(x) = 0。

引用了 2

引用了 定义 3, IV § 5, 定理 1(Chevalley-警告)

令(e1,…,en)(e_1, \ldots, e_n)为VV除KK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∈Ii \in I,在次数 did_i 的 K[X1,…,Xn]K[X_1, \ldots, X_n] 中存在一个齐次多项式 fif_i,使得我们有Fi(ξ1e1,…,ξnen)=fi(ξ1,…,ξn)F_i(\xi_1 e_1, \ldots, \xi_n e_n) = f_i(\xi_1, \ldots, \xi_n)。令ZZ为集合/元素xx/VV,使得每个i∈Ii \in I都有Fi(x)=0F_i(x) = 0。通过定理 1,ZZ的基数可以被pp整除,并且从00属于到SS,我们有Card⁡(Z)≥p>1\operatorname{Card}(Z) \geq p > 1。

2. 单代数超过有限域

定理 2(韦德伯恩) 00SB

每个有限域都是可交换的。

引用了 2 · 被以下引用 4

引用了 命题 3, VIII § 17, 命题 6, VIII § 17

被以下引用 注 1, 注 2, 推论 1, 推论 2

令 D 为有限域,令 K 为其中心。 K-代数 D 是次数 m2m^2 的中心简单,其中mm 是严格的正整数。 约化范数是次数 mm (VIII, p. 345, 命题 6) 的齐次多项式映射 Nrd:D→K: D\rightarrow K,并且对于 D 中的每个a≠0a\not= 0,我们有 Nrd(aa)≠0\not= 0 (VIII、p. 340、命题 3)。上面的推论意味着m⩾m2m\geqslant m^2,因而m=1m= 1。所以我们有 D = K。

推论 1 00LE

每个有限简单环都同构于矩阵环 Mn(L)\mathbf{M}_n(L),其中 nn 是严格的正整数,L 是有限的交换域。

引用了 2

引用了 定理 2(韦德伯恩), 定理 1(韦德伯恩), VIII § 7

这是从定理 2 和结构定理得出简单的环(VIII、p. 120、定理 1)。

推论 2 00LF

令 K 为有限交换域。 K 上的每个中心单代数都同构于矩阵代数 Mn(K)\mathbf{M}_n(K),其中nn 是严格的正整数。

引用了 2 · 被以下引用 2

引用了 定理 1, VIII § 14, 定理 2(韦德伯恩)

被以下引用 VIII § 15. 。 布劳尔群, 推论 1, VIII § 19

这是从定理 2 和结构定理到中央单代数(VIII、p. 252、定理 1)。

注 1 00LG

这里是定理的另一个证明 2. 令 D 为有限域,令 K 为其中心,令 L 为 D 的极大交换子域。令 xx 为 的元素 D∗D^*。 D 的属于到极大交换子域 L1L_1。我们有等式

[D:K]=[L:K]2=[L1:K]2 [D : K] = [L : K]^2= [L_1: K]^2

由VIII、p. 265的推论2,因而[L:K]=[L1:K][L : K] = [L_1: K]。由K的V, §12, No. 2、p. 94、扩张、L和L1L_1的命题3同构。由VIII,p. 263,推论,D∗D^*存在元素aa使得aLa−1=L1aLa^{-1}= L_1,所以a−1xaa^{-1}xa属于到L。那么对于每个y∈L∗y\in L^*我们就有(ay)−1x(ay)=a−1xa(ay)^{-1}x(ay) =a^{-1}xa。因而,如果 S 是 D∗D^* 模 L∗L^* 的左陪集代表的集合,则 D∗−{1}D^*-\{1\} 的每个元素都可以用 s∈Ss\in S 和 x∈L∗−{1}x\in L^*-\{1\} 写成 sxs−1sxs^{-1}。我们用dd表示D∗D^*的阶,用ℓ\ell表示L∗L^*。由于 S 的基数等于 d/ℓd/\ell,因此我们有 d−1⩽(d/ℓ)(ℓ−1)=d−d/ℓd-1\leqslant (d/\ell )(\ell -1) =d-d/\ell。由此可知ℓ=d\ell =d,故L = D,证明域 D 是可交换的。

引用了 3

引用了 定理 2(韦德伯恩), VIII § 14. 。中环单代数, 推论 2, VIII § 14

注 2 00LH

令L为交换域,性质:(C1)(C_1)令V为有限维nn中的向量空间超过域L,并令dd使得0<d<n0< d < n。对于次数dd的每个齐次多项式映射F:V→LF : V\rightarrow L,存在V的非零元素xx使得F(x)=0F(x) = 0。

定理 2 的证明表明有限次数的每个域超过L 且中心 L 等于L。

根据VIII、p. 356的推论,每个有限域都有性质(C1)(C_1)。我们可以证明(VIII,p. 360,习题7)以下域有性质(C1):(C_1):

– 有限域的每个代数扩张

– 有理分式中的每一个域在一个变量中,系数为代数闭域(Tsen 的定理)。

– ∗*每个域被赋予完整的离散估值

其剩余类域是代数闭 (VIII, p. 332, 习题 17).∗.*

引用了 4 · 被以下引用 1

引用了 定理 2(韦德伯恩), § 18. 。 单代数超过有限域, 习题 7, § 18, 习题 17, § 16

被以下引用 VIII § 15. 。 布劳尔群

注 3 00LI

假设域 K 满足以下条件:

– 如果L是有限次数的K的扩张,则它是循环的并且范数映射N:L∗→K∗N : L^*\rightarrow K^*是满射的。

特别是当域 K 是有限的(V, §12, No. 2、p. 95、命题 4)时,条件得到满足。然后我们可以证明 K 上的每个域 of 有限次数与中心 K 都等于 K(习题 10 of VIII, p. 329)。

引用了 1

引用了 习题 10, § 16

习题

参见习题为 § 18。

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。