Galois Theory(一)

作者&来源:禹斌 (若有异议请与网页底部的电邮联系)2025-10-11
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Galois Theory(伽罗瓦理论)基础部分主要围绕域扩张、代数元素与超越元素、不可约多项式及有限生成域等核心概念展开,以下是对相关内容的详细阐述:

  • 域扩张的基本概念

    用K/F表示域K是域F的一个扩充,即F?K,F称作基域,K可看作F线性空间,其维数写作[K:F](度)。若[K:F]是有限的,则称这是一个有限扩张。例如,有理数域?的所有有限域扩张叫做代数数域;?/?, /?是无限扩张;假设有

    ,那么这个扩张的度是2;

    ,在?上是不可逆的,

    是极大理想,K=?[t]/p(t)是一个域,明显?∈K(?同构于(?+p(t)))并且这个扩张的度数为3。

  • 代数元素与超越元素

    如果α∈K,并且存在一个首一多项式

    ,α是多项式的根,那么称α在F上是代数的,反之称其为超越的。一个元素是否超越取决于考察的域,例如

    在?上的不可约多项式是

    ,在?(i)上是

    考虑同态

    ,如果这个同态是单射,那么α就是超越的,因为Kerφ = {0}。

  • 不可约多项式

    假设α在F上是代数的,F[x]是主理想整环,于是同态的核一定是主理想环,由唯一的首一多项式f(x)生成。满足下列任意一条的就叫做关于α在F上不可约多项式,记这个多项式叫做min(F,α):

    f是以α为根的多项式里面次数最小的。

    f是F[x]中不可约元素,α是它的根。

    f系数都属于F,且α是f的根,由f生成的F[x]的主理想是极大理想。

    α是f的根,对任意g含有α作为根,f整除g。

    α在F上的不可约多项式的次数叫做α在F上的次数。一个多项式是否不可约取决于域F和元素α。

  • 子域的生成

    K是F的一个域扩充,α是K的一个元素,α生成的K的子域为F(α),这是包含F和α的最小的K的子域。同样可以定义

    利用同态φ,可以得到F[α]。F(α)同构于F[α]的代数分式(即

    形式)。同样有

    ,并且知道

    同构于它的代数分式。

  • 有限生成域

    K/F,X是K的子集,由F和X生成的环F[X],是所有包含K和X的K的子环的交;由F和X生成的群F(X),是所有包含K和X的K的子域的交。如X有限,这个就叫做F的有限生成域。

    以X只有一个元素为例,上面的F[X]就是F[α],F(x) = F(α)。考虑赋值同态φ,其像肯定是子环,那么对于任意子环R包含F和X,所有这样的f(α)∈R,所以F[X]就是F[α]。同样,

    肯定包含在所有包含F和X的域之中,前者是环,后者是域,正是求的F[X],F(X)。对于多元的情况也是类似的。

    如果α是超越的,那么F[x]→F[α]是同构的,那么F(α)同构于F(x)。

  • 代数扩张相关命题

    在α是代数的时候,设K/F,α∈K,α在F上是代数的,f是对应的不可约多项式,有如下命题:

    是一个同构,F[α]是一个域,于是F[α] = F(α)。证明:f是对应的不可约多项式,那么(f)是极大理想,且是这个同态的Ker,

    同构于Imφ,即F[α]。由于Im是一个域,于是F[α]是一个域,其包含自身,于是是包含自己的最小的域,得证。

    g(x)∈F[x],g(α)=0当且仅当min(F,α)|g。证明:p = min(F,α),g(α)=0,Kerφ = (p(x))。

    n = deg(min(F,α)),那么1,…,

    形成了F(α)在F上的一组基。[F(α):F] = deg(min(F,α))。证明:这实际上就是1。

  • 代数扩张的定义

    如果K/F,K中的元素在F上都是代数的,那么称这是一个代数扩张。



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