2. Простое алгебраическое расширение поля.
Пусть дано произвольное числовое множество М. Очевидно, всегда найдутся числовые поля, которые содержат все числа множества М, например, поле С.
Минимальным полем Р{М}, которое содержит данное числовое множество М, называется поле, которое является пересечением всех числовых полей, содержащих множество М.
Ясно, что для всякого множества М минимальное поле Р{М} всегда существует и является подполем произвольного другого числового поля, которое содержит множество М.
Примеры:
1. М = {1}. Тогда каждое числовое поле содержит это множество. Минимальным полем, которое содержит это число 1, есть, очевидно, поле Q. Действительно, поле Q принадлежит всем числовым полям. С другой стороны, никакое иррациональное число не может принадлежать всем числовым полям, ибо оно не принадлежит хотя бы числовому полю Q. Поэтому естественно поле Q назвать просто минимальным числовым полем.
Рассмотрим минимальное поле, содержащее число . Очевидно, что это - поле Q( ) чисел вида а + b , где а и b - произвольные рациональные числа. Действительно, это числовое множество образует поле, которое, очевидно, содержит . С другой стороны, каждое другое поле Р, которое содержит , должно содержать и всё поле Q( ), ибо вместе с рациональными числами и числом в Р должны входить все числа а + b , которые являются результатом сложения и умножения указанных чисел.
Пусть Р - произвольное поле, Р. Простым расширением поля Р с помощью элемента называется наименьшее поле, содержащее множество Р и элемент .
Обозначим это минимальное поле F{Р, }. Это поле действительно минимальное расширение поля Р с помощью , так как всякое расширение поля Р, которое содержит , будет содержать и F{Р, }, по определению минимального поля.
Аналогично можно рассматривать расширение Р( , ,…, ), образованное присоединением нескольких чисел , ,…, к полю Р, то есть минимальное поле F{Р, , ,…, }, которое содержит как Р, так и числа , ,…, . Расширение, образованное присоединением одного числа часто называют простым.
Определение 4. Поле Р( ), образованное присоединением к полю Р числа , алгебраического относительно поля Р, называется простым алгебраическим расширением поля Р.
Структура простого алгебраического расширения характеризуется следующей теоремой.
Теорема 1. Поле Р( ), образованное из поля Р, присоединением корня , неприводимого над полем Р многочлена n-ой степени
f(х) = х + а х +... + а х + a
состоит из всех чисел вида = с + с + с + ... + с (2), где с , с ,..., c - произвольные числа из поля Р.
Доказательство: Покажем сначала, что числа вида (2) образуют поле. То, что сумма и разность чисел вида (2) являются числами того же вида, очевидно. Рассмотрим произведение и частное таких чисел. Число вида (2) можно рассматривать, как результат подстановки вместо х в некоторый многочлен q(х) над полем Р не выше (n - 1)-ой степени. = q( ). Пусть имеем два числа = q ( ), = q ( ). Тогда произведение = q ( )q ( ) = q( ), где q(х) - многочлен степень которого уже может превышать n-1. Разделим q(х) на f(х) с остатком.
Имеем: q(х) = f(х) (х) + r(х) (3)
где степень остатка r(х) меньше степени многочлена f(х), то есть не превышает n-1. Подставляя в тождество (3), имеем q( ) = r( ), то есть = r( ). Другими словами, произведение чисел и есть число вида (2), ибо r(х) - многочлен, степень которого не превышает n-1.
Перейдём к рассмотрению частного. Достаточно показать, что для всякого числа = q( ) 0 вида (2) тоже будет числом вида (2). Так как f(х) - неприводимый над полем Р многочлен, то многочлен q(х) или взаимно простой с f(х), или делится на f(х). Но последнее невозможно, так как степень q( ) меньше степени f( ), поэтому (f,q)=1.
Для взаимно простых многочленов, как известно, справедлива теорема о том, что существует единственная пара многочленов (х) и (х), таких что, выполняется тождество
f(х) (х) + q(х) (х)=1.
Полагая здесь х = и учитывая, что f( ) = 0, получим q( ) ( ) = 1, то есть ( ) = 1. Следовательно, = ( ). Если многочлен (х) имеет степень меньше n, то утверждение доказано. Если же степень многочлена (х) больше или равна n, то делим (х) на f(х) с остатком, т.е. полагаем (х) = f(х) (х) + г(х), откуда ( ) = r( ) = и степень r( ) меньше n. Тем самым - тоже является числом вида (2).
Следовательно, числа вида (2) действительно образуют поле. Обозначим его Р . Остается доказать, что Р = Р( ). Так как поле Р содержит как поле Р, так и число , то оно содержит и Р( ), которое по определению является минимальным полем с такими свойствами, т.е. Р Р( ). С другой стороны, всякое поле, которое содержит и и Р, должно включать и все числа вида (2), которые образуются из чисел поля Р с помощью операций сложения и умножения. Значит, Р( ) Р . Из двух найденных включений вытекает, что
Р = Р( ).
Следствие: Если - корень многочлена второй степени над полем Р f(х) = х2 + pх + q, причем Р, то простое алгебраическое расширение Р( ) поля Р, образованное присоединением числа состоит из всех чисел вида а + b , где а, b - произвольные числа поля Р.
Примеры:
3. Поле Q( ) образуется присоединением к полю Q корня неприводимого в поле Q многочлена второй степени f(х) = х2 - 2. Элементы поля Q( ) имеют вид а + b , где а, b - рациональные числа.
4. Рассмотрим структуру поля Q( ). Число = является корнем неприводимого над полем Q многочлена третьей степени f(х) = х3 - 2. Поэтому все элементы этого поля Q( ) по теореме 1 имеют вид:
=с + c + c , где с , с , с2 - рациональные числа.
5. Поле С комплексных чисел образуется, как известно, из поля R действительных чисел присоединением к нему корня i неприводимого над R многочлена второй степени f(x) = x + 1
Из доказанной теоремы вытекает, что все элементы поля С, т.е. все комплексные числа имеют вид = а + bi, где а, b R.
Введем такое определение.
Определение 5: Если - корень квадратного трехчлена над полем Р не принадлежит полю Р, то простое алгебраическое расширение Р( ), образованное из поля Р присоединением к нему , называется квадратичным расширением поля Р.
Рассмотренное выше поле Q( ) есть, очевидно, квадратичное расширение поля Q, образованное присоединением корня многочлена f(х) = х2 - 2.
- Алгебра
- График учебного процесса
- III семестр
- IV семестр
- 1. Цели и задачи дисциплины, место в учебном процессе, требования к уровню содержания дисциплины.
- 2. Технологическая карта дисциплины
- 3. Содержание дисциплины
- Самостоятельная работа (темы , выносимые на срс и методическая поддержка срс)
- Литература для самостоятельной работы
- 4. Организация текущего и промежуточного контроля знаний
- 5. Методические рекомендации преподавателю
- 6. Работа с ресурсами Internet
- 7. Материальное обеспечение дисциплины
- 8. Методическое обеспечение дисциплины:
- Глоссарий
- Вопросы, выносимые на экзамены
- III семестр
- IV семестр
- Методические рекомендации по организации внеаудиторной и аудиторной самостоятельной работы студентов
- Контрольно - измерительные материалы
- III семестр Модуль 1
- Модуль 2 Контрольная работа по теме «Многочлены от одной переменной»
- IV семестр Модуль 1 Тест по теме «Многочлены над полем рациональных чисел» для межсессионного учета знаний
- Контрольная работа по теме «Многочлены над полями рациональных, действительных и комплексных чисел»
- Модуль 2 Контрольная работа по теме «Расширения полей и задачи, связанные с этим»
- Методические указания по подготовке практических занятий
- Методические рекомендации по выполнению курсовых работ
- Темы курсовых работ
- 1. Вопросы делимости и решения уравнений в кольце целых чисел.
- . Программа итоговой государственной аттестации студентов
- Группы и подгруппы
- Группа подстановок
- Подгруппы
- Циклические группы
- Разложение группы по подгруппе
- 6. Задачи и упражнения для самостоятельного выполнения
- Нормальные делители. Фактор - группы.
- 1. Нормальные делители
- 2. Фактор – группы
- Гомоморфизмы групп
- Задачи и упражнения для самостоятельного выполнения
- Элементарные сведения о кольцах
- Кольцо с единицей
- Делители нуля. Область целостности
- Поле частных
- Задачи и упражнения для самостоятельного выполнения
- Гомоморфизмы колец
- Понятие идеала. Примеры
- Операции над идеалами
- Сравнения и классы вычетов по идеалу. Фактор – кольцо
- Гомоморфизм колец. Теорема о гомоморфизмах
- Характеристика кольца с единицей
- Задачи и упражнения для самостоятельного выполнения
- Делимость в области целостности
- 2. Кольцо главных идеалов
- Евклидовы кольца.
- Задачи и упражнения для самостоятельного выполнения
- 1. Многочлены над полем
- 2. Кольцо многочленов как евклидово кольцо
- 3. Техника деления с остатком. Схема Горнера
- 4. Теорема Безу
- 5. Наибольший общий делитель. Алгоритм Евклида
- 6.Наименьшее общее кратное
- 7. Неприводимые многочлены
- 8. Каноническое разложение многочлена
- 9. Вопросы и упражнения для самостоятельной работы
- Комплексных чисел
- 1. Вводные замечания
- 2. Свойства модуля многочлена
- 3. Основная теорема алгебры комплексных чисел
- 4. Разложение многочлена над полем с в произведение линейных множителей
- 5. Разложение многочленов над полем r в произведение неприводимых множителей
- 6 Задачи и упражнения для самостоятельного выполнения
- IV семестр
- Приводимость и неприводимость многочленов над полем действительных, комплексных и рациональных чисел
- Рациональные корни многочлена с рациональными коэффициентами
- Понятие алгебраического числа
- 1. Вводные замечания
- 2. Свойства модуля многочлена
- 3. Основная теорема алгебры комплексных чисел
- 4. Разложение многочлена над полем с
- 5. Разложение многочленов над полем r
- 6 Задачи и упражнения для самостоятельного выполнения
- 1. Алгебраические числа.
- 2. Простое алгебраическое расширение поля.
- 3. Уничтожение иррациональности в знаменателе.
- 4. Конечные расширения полей.
- 6. Вопросы и упражнения для самостоятельной работы.
- Лекции 7-8
- Поле алгебраических чисел
- Понятие разрешимости в квадратных радикалах
- Определение 1. Алгебраическое уравнение
- Связь с расширением числовых полей
- 4. Признаки того, что число выражается в квадратных радикалах.
- 5. Общий критерий разрешимости в квадратных радикалах
- 6. Примеры геометрических задач, сводящихся к уравнениям, неразрешимым в квадратных радикалах
- Задача об удвоении куба
- Задача о трисекции угла
- Задача о квадратуре круга
- 7. Вопросы и упражнения для самостоятельной работы