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近世代数理论基础27:素域

近世代数理论基础27:素域

作者: 溺于恐 | 来源:发表于2019-03-05 07:16 被阅读1次

    素域

    扩域

    定义:若域F是域E的子域,则称E为F的扩域(扩张),并把这一对域记作E/F

    注:任一域都是它的子域的一个扩张,任一域都可由它的子域通过扩张得到

    素域

    定义:若一个域不含真子域,则称为素域

    例:

    1.若F是\Q的一个子域,1\in F,故\Z包含在F中,且\Q也包含在F中,故\Q=F,所以\Q是一个素域

    2.设p为素数,则\Z/p\Z=\Z_p是一个素域,若F是\Z_p的一个子域,1mod\; p\in F,故kmod\; p(1\le k\le p)\in F,故F=\Z_p

    定理:设E是一个域,若char(E)=0,则E含有一个与\Q同构的子域,若char(E)=p\neq 0,则E包含一个与\Z_p同构的子域

    证明:

    设e是E的单位元

    令R=\{ne|n\in \Z\}

    则\varphi:n\to ne是\Z到R的一个环同态满射

    若char(E)=0

    则仅当n=0时

    才有ne=0

    此时\varphi是一个环同构

    又E包含R的分式域F

    \Z的分式域\Q与R的分式域F同构

    即E包含一个与\Q同构的子域F

    若char(E)=p\neq 0

    则\varphi(p)=pe=0

    \therefore p\in Ker(\varphi)

    \therefore (p)\subseteq Ker(\varphi)

    (p)是\Z的极大理想

    \because \varphi(1)=1\cdot e\neq 0

    \therefore 1\notin Ker(\varphi)

    Ker(\varphi)是\Z的一个真子理想

    \therefore (p)=Ker(\varphi)

    \therefore \Z_p\cong R

    即E包含一个与\Z_p同构的子域R\qquad\mathcal{Q.E.D}

    注:一个域是素域,要么与有理数域同构,要么与\Z_p同构

    若E是域F的一个扩域,S是E的一个子集,用F(S)表示E中含F和S的最小子域,称为添加集合S于F所得的扩域

    F(S)显然存在,它等于E的所有包含F和S的子域的交

    F(S)是由所有形如{f_1(a_1,a_2,\cdots,a_n)\over f_2(a_1,a_2,\cdots,a_n)}的元组成,其中a_1,a_2,\cdots,a_n是S中任意有限个元,f_1f_2是F上关于a_1,a_2,\cdots,a_n的多项式,且f_2(a_1,a_2,\cdots,a_n)\neq 0

    S=\{a_1,a_2,\cdots,a_n\}是一个有限集,则将F(S)记作F(a_1,a_2,\cdots,a_n)

    定理:设E是域F的扩张,而S_1S_2是E的两个子集,则F(S_1)(S_2)=F(S_1\cup S_2)=F(S_2)(S_1)

    证明:

    F(S_1)(S_2)是E中包含F(S_1)和S_2的子域

    \therefore 包含F,S_1,S_2,S_1\cup S_2

    \therefore F(S_1)(S_2)\supseteq F(S_1\cup S_2)

    F(S_1\cup S_2)是E中包含F,S_1\cup S_2的子域

    \therefore 包含F,S_1,S_2,F(S_1)

    \therefore F(S_1)(S_2)\subseteq F(S_1\cup S_2)

    第一个等号成立

    同理可证第二个等号成立\qquad\mathcal{Q.E.D}

    注:F(a_1,a_2,\cdots,a_n)=F(a_1)(a_2)\cdots(a_n),即添加一个有限集合所得的扩张等于陆续添加单个元所得的扩张

    单扩张

    定义:添加一个元\alpha于域F所得的扩张F(\alpha)称为域F的一个单扩张

    注:单扩张是最简单的扩张

    例:令\Q(i)=\{a+bi|ab\in \Q\},其中i^2=-1,易知\Q(i)是一个域,是\Q的一个单扩张

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