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伽 とぎ 罗瓦群 ぐん (法語 ほうご :Groupe de Galois )是 これ 抽象 ちゅうしょう 代数 だいすう 中 なか 域 いき 论的 てき 概念 がいねん ,表示 ひょうじ 与 あずか 某 ぼう 个类型 がた 的 てき 域 いき 扩张相伴 しょうばん 的 てき 群 ぐん ,是 ぜ 伽 とぎ 罗瓦理 り 论的 てき 基 もと 础概念 がいねん 。域 いき 扩张源 げん 于多 た 项式 。通 つう 过伽罗瓦群 ぐん 研究 けんきゅう 域 いき 扩张以及多 た 项式的 てき 理 り 论,称 しょう 为伽 とぎ 罗瓦理 り 论 ,是 ぜ 十 じゅう 九 きゅう 世 せい 纪法 ほう 国 こく 数学 すうがく 家 か 埃 ほこり 瓦 かわら 里 さと 斯特·伽 とぎ 罗瓦 为了解 りょうかい 决“高次 こうじ 多 た 项式方 かた 程 ほど 是 これ 否 いや 有 ゆう 根 ね 式 しき 解 かい ”的 てき 问题而创造 づくり 的 てき 。后 きさき 世 よ 也以他 た 的 てき 名字 みょうじ 命名 めいめい 相 しょう 关的概念 がいねん 。
用 よう 置 おけ 换群更 さら 初等 しょとう 地 ち 讨论伽 とぎ 罗瓦群 ぐん ,参 まいり 见伽 とぎ 罗瓦理 り 论一文 いちぶん 。
定 てい 义[ 编辑 ]
设有域 いき 扩张L/K 。考 こう 虑所有 しょゆう L 上 うえ 的 てき K- 自 じ 同 どう 构集合 しゅうごう 。此处的 てき K- 自 じ 同 どう 构指 ゆび 的 てき 是 ぜ L 映 うつ 射 い 到 いた L 的 てき 域 いき 同 どう 构,且其限 げん 制 せい 在 ざい K 上 うえ 的 てき 部分 ぶぶん 是 ぜ 平凡 へいぼん 的 てき (即 そく 为恒等 こうとう 映 うつ 射 い )。用 よう 数学 すうがく 语言描述,一 いち 个K- 自 じ 同 どう 构是 ぜ 指 ゆび 满足以下 いか 条件 じょうけん 的 てき 同 どう 态σ しぐま [1] :15-16 [2] :125 :
σ しぐま 是 ぜ 从L 映 うつ 射 い 到 いた L 上 うえ 的 てき 双 そう 射 い 。
σ しぐま 是 これ 域 いき 同 どう 态 ,即 そく :
∀
a
,
b
,
∈
L
,
σ しぐま
(
a
+
b
)
=
σ しぐま
(
a
)
+
σ しぐま
(
b
)
,
σ しぐま
(
a
b
)
=
σ しぐま
(
a
)
σ しぐま
(
b
)
.
{\displaystyle \forall a,b,\in L,\;\sigma (a+b)=\sigma (a)+\sigma (b),\;\sigma (ab)=\sigma (a)\sigma (b).}
σ しぐま 将 はた 所有 しょゆう K 中元 ちゅうげん 素 もと 映 うつ 射 い 到 いた 其自身 じしん :
∀
x
∈
K
,
σ しぐま
(
x
)
=
x
.
{\displaystyle \forall x\in K,\;\sigma (x)=x.}
可 か 以证明 あきら ,对任意 にんい 的 てき 域 いき 扩张L/K ,所有 しょゆう L 上 うえ 的 てき K- 自 じ 同 どう 构 关于映射的 しゃてき 复合运算构成群 ぐん ,称 しょう 为域扩张L/K 的 てき 自 じ 同 どう 构群,记作Aut(L/K ) [1] :16 。
如果L/K 是 ぜ 一 いち 个伽 とぎ 罗瓦扩张 ,则Aut(L/K ) 称 しょう 为扩张L/K 上 うえ 的 てき 伽 とぎ 罗瓦群 ぐん ,通常 つうじょう 记做 Gal(L/K ) (有 ゆう 些文献 ぶんけん 中 ちゅう 记作Gal(L : K ) )[1] :16 。
在 ざい 某 ぼう 些介绍伽罗瓦理 り 论的专著中 ちゅう ,也会将 はた 任 にん 何 なん 域 いき 扩张上 じょう 的 てき 自 じ 同 どう 构群都 と 称 しょう 为伽罗瓦群 ぐん ,并记作 さく Gal(L/K ) σ しぐま [2] :125 。
例 れい 子 こ [ 编辑 ]
设F 是 ぜ 一 いち 个域,
Q
,
R
,
C
{\displaystyle \mathbb {Q} ,\mathbb {R} ,\mathbb {C} }
分 ぶん 别为有理数 ゆうりすう 、实数 与 あずか 复数 域 いき 。F (a )表示 ひょうじ 在 ざい F 中 ちゅう 添加 てんか 元素 げんそ a 生成 せいせい 的 てき 域 いき 扩张。
F/F 是 ぜ 平凡 へいぼん 扩张,也是可分 かぶん 正 せい 规扩张 ,即 そく 伽 とぎ 罗瓦扩张。其伽罗瓦群 ぐん Gal(F /F ) 是 ぜ 只 ただ 包含 ほうがん 一 いち 个元素 げんそ (即 そく 恒等 こうとう 映 うつ 射 い )的 てき 平凡 へいぼん 群 ぐん 。
C
/
R
{\displaystyle \mathbb {C} /\mathbb {R} }
是 ぜ 次数 じすう 为2的 てき 伽 とぎ 罗瓦扩张。其伽罗瓦群 ぐん
G
a
l
(
C
/
R
)
{\displaystyle \mathrm {Gal} (\mathbb {C} /\mathbb {R} )}
有 ゆう 两个元素 げんそ ,恒等 こうとう 映 うつ 射 い 与 あずか 复共轭 自 じ 同 どう 构[2] :127 。
R
/
Q
{\displaystyle \mathbb {R} /\mathbb {Q} }
不 ふ 是 ぜ 伽 とぎ 罗瓦扩张。其自同 どう 构群
G
a
l
(
R
/
Q
)
{\displaystyle \mathrm {Gal} (\mathbb {R} /\mathbb {Q} )}
是 ぜ 只 ただ 包含 ほうがん 恒等 こうとう 映 うつ 射的 しゃてき 平凡 へいぼん 群 ぐん 。事 こと 实上可 か 以证明 あきら ,任 にん 何 なん 在 ざい
Q
{\displaystyle \mathbb {Q} }
上 うえ 为恒等 とう 映 うつ 射的 しゃてき
R
{\displaystyle \mathbb {R} }
到 いた
R
{\displaystyle \mathbb {R} }
的 てき 自 じ 同 どう 构,都 と 保持 ほじ 实数的 てき 序 じょ 结构 。也就是 ぜ 说,只 ただ 要 よう 某 ぼう 个自同 どう 构σ しぐま 将 はた 每 まい 个有理数 りすう 都 と 映 うつ 射 い 到 いた 自身 じしん ,那 な 么对任 にん 何 なに a < b ,都 みやこ 有 ゆう σ しぐま (a ) < σ しぐま (b ) 。这说明 あきら 此自同 どう 构在整 せい 个实数 すう 集 しゅう 上 じょう 都 と 是 ぜ 恒等 こうとう 映 うつ 射 しゃ 。
C
/
Q
{\displaystyle \mathbb {C} /\mathbb {Q} }
是 ぜ 无限伽 とぎ 罗瓦扩张。其伽罗瓦群 ぐん 是 ぜ 无限群 ぐん 。
Q
(
2
)
/
Q
{\displaystyle \mathbb {Q} ({\sqrt {2}})/\mathbb {Q} }
是 ぜ 次数 じすう 为2的 てき 伽 とぎ 罗瓦扩张。其伽罗瓦群 ぐん
G
a
l
(
Q
(
2
)
/
Q
)
{\displaystyle \mathrm {Gal} (\mathbb {Q} ({\sqrt {2}})/\mathbb {Q} )}
有 ゆう 两个元素 げんそ ,恒等 こうとう 映 うつ 射 い 与 あずか 将 はた √2 与 あずか -√2 互换的 てき 自 じ 同 どう 构[2] :127 。
考 こう 虑域
K
=
Q
(
2
3
)
{\displaystyle K=\mathbb {Q} ({\sqrt[{3}]{2}})}
。
K
/
Q
{\displaystyle K/\mathbb {Q} }
不 ふ 是 ぜ 正 せい 规扩张 ,故 こ 不 ふ 是 ぜ 伽 とぎ 罗瓦扩张。其自同 どう 构群
A
u
t
(
K
/
Q
)
{\displaystyle \mathrm {Aut} (K/\mathbb {Q} )}
只 ただ 包含 ほうがん 恒等 こうとう 映 うつ 射 い [2] :127 。
现在考 こう 虑
L
=
Q
(
2
3
,
ω おめが
)
{\displaystyle L=\mathbb {Q} ({\sqrt[{3}]{2}},\omega )}
,这里ω おめが 是 これ 本原 もとはら 三次 みつじ 单位根 ね 。L 是 ぜ 有理数 ゆうりすう 域 いき 上 うえ 不可 ふか 约的多 た 项式P = X 3 - 2的 てき 分裂 ぶんれつ 域 いき ,因 いん 此是伽 とぎ 罗瓦扩张。其伽罗瓦群 ぐん
G
a
l
(
K
/
Q
)
{\displaystyle \mathrm {Gal} (K/\mathbb {Q} )}
同 どう 构于3次 じ 置 おけ 换群 S 3 。这个群 ぐん 是 ぜ 可 か 解 かい 群 ぐん ,意味 いみ 着 ぎ 多 た 项式方 かた 程 ほど X 3 - 2 = 0能 のう 用 よう 根 ね 式 しき 求 もとめ 解 かい [1] :52-53 。
基本 きほん 性 せい 质[ 编辑 ]
设有域 いき 扩张L/K ,则其自 じ 同 どう 构群Aut(L/K ) 满足:
设P 是 ぜ 一 いち 个以K 中元 ちゅうげん 素 もと 为系数 すう 的 てき 多 た 项式。α あるふぁ ∈L 是 ぜ 它的一 いち 个根,则自同 どう 构群中 ちゅう 任 にん 一 いち 个元素 げんそ σ しぐま 仍将α あるふぁ 映 うつ 射 い 到 いた P 的 てき 根上 ねあがり [2] :126 。
如果L/K 是 ぜ 有限 ゆうげん 生成 せいせい 的 てき 域 いき 扩张,即 そく 存在 そんざい
α あるふぁ
1
,
α あるふぁ
2
,
⋯
,
α あるふぁ
m
∈
L
{\displaystyle \alpha _{1},\alpha _{2},\cdots ,\alpha _{m}\in L}
,使 つかい 得 とく L = K (α あるふぁ 1 , α あるふぁ 2 , ... , α あるふぁ m ) ,那 な 么自同 どう 构群中 ちゅう 任 にん 一 いち 个元素 げんそ σ しぐま 被 ひ 这些元素 げんそ 唯一 ゆいいつ 决定。也就是 ぜ 说,如果知道 ともみち 了 りょう σ しぐま (α あるふぁ 1 ), σ しぐま (α あるふぁ 2 ), ... , σ しぐま (α あるふぁ m ))的 てき 取 と 值,就能知道 ともみち σ しぐま 作用 さよう 在 ざい L 中 ちゅう 任 にん 何 なん 元素 げんそ 上 じょう 的 てき 结果[2] :126 。
有限 ゆうげん 扩张的 てき 自 じ 同 どう 构群是 ぜ 有限 ゆうげん 群 ぐん [2] :126 ,其元素 げんそ 个数|Aut(L/K )| 整除 せいじょ 扩张次数 じすう [L : K ] ,因 いん 此小于等于[L : K ] 。两者相等 そうとう 当 とう 且仅当 とう L/K 是 ぜ 伽 とぎ 罗瓦扩张[2] :150 。
设域扩张L/K 为伽罗瓦扩张。以下 いか 的 てき 性 せい 质均可 か 以在没 ぼつ 有 ゆう 伽 とぎ 罗瓦理 り 论基本 きほん 定理 ていり 的 てき 情 じょう 况下证明。
|
G
a
l
(
L
/
K
)
|
=
[
L
:
K
]
{\displaystyle |\mathrm {Gal} (L/K)|=[L:K]}
[2] :130
令 れい
G
=
G
a
l
(
L
/
K
)
{\displaystyle G=\mathrm {Gal} (L/K)}
,则G 的 てき 不 ふ 变域,即 そく
L
G
=
{
x
∈
L
|
∀
σ しぐま
∈
G
,
σ しぐま
(
x
)
=
x
}
{\displaystyle L^{G}=\{x\in L|\forall \sigma \in G,\sigma (x)=x\}}
,是 ぜ K 。反 はん 之 これ ,如果有限 ゆうげん 扩张L/K 的 てき 自 じ 同 どう 构群的 てき 不 ふ 变域是 ぜ K ,那 な 么它是 ぜ 伽 とぎ 罗瓦扩张。[2] :150
设F 是 ぜ 一个域并且复合域LF 存在 そんざい 。那 な 么
G
a
l
(
L
F
/
F
)
↪
G
a
l
(
L
/
K
)
{\displaystyle \mathrm {Gal} (LF/F)\hookrightarrow \mathrm {Gal} (L/K)}
,即 そく Gal(LF/F ) 和 わ Gal(L/K ) 的 てき 一 いち 个子 こ 群 ぐん 同 どう 构 。(由 ゆかり 正 せい 规扩张和 わ 可分 かぶん 扩张的 まと 性 せい 质,KF/F 是 ぜ 一个伽罗瓦扩张,因 いん 此可以讨论Gal(LF/F ) )
伽 とぎ 罗瓦扩张的 てき 重要 じゅうよう 性 せい 在 ざい 于,有限 ゆうげん 的 てき 伽 とぎ 罗瓦扩张满足伽 とぎ 罗瓦理 り 论基本 きほん 定理 ていり :伽 とぎ 罗瓦群 ぐん 的 てき 子 こ 群 ぐん 与 あずか 域 いき 扩张的中 てきちゅう 间域之 の 间存在 そんざい 着 ぎ 反 はん 向 こう 包含 ほうがん 的 てき 一 いち 一 いち 对应关系。
如果Gal(L/K ) 是 ぜ 伽 とぎ 罗瓦扩张,则伽罗瓦群 ぐん Gal(L/K ) 上 うえ 可 か 以装备一个拓 つぶせ 扑 ,称 しょう 为克 かつ 鲁尔拓 つぶせ 扑 ,使 つかい 其成为一个投射 とうしゃ 有限 ゆうげん 群 ぐん 。在 ざい 此拓扑下,即 そく 便 びん Gal(L/K ) 是 ぜ 无限扩张,其伽罗瓦群 ぐん 的 てき 闭 子 こ 群 ぐん 与 あずか 域 いき 扩张的中 てきちゅう 间域存在 そんざい 着 ぎ 反 はん 向 こう 包含 ほうがん 的 てき 一 いち 一 いち 对应关系,有 ゆう 类似伽 とぎ 罗瓦理 り 论基本 きほん 定理 ていり 的 てき 结论。
参 まいり 见[ 编辑 ]
参考 さんこう 来 らい 源 げん [ 编辑 ]
外部 がいぶ 链接[ 编辑 ]