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Una base de una extensión de Galois.

Deje $f(x) = x^3 - 3x + 1 \in \mathbb{Q}[x]$. Es irreducible sobre $\mathbb{Q}$ ya que es irreducible sobre $\mathbb{F}_2$. El discriminante de $f$$81 = 9^2$, por lo que el grupo de Galois de $f$ es isomorfo a $A_3$ y la división de campo de la $f$ $\mathbb{Q}(\alpha)$ donde $\alpha$ es una raíz de $f$.

Ahora quiero representar a los elementos de $G(\mathbb{Q}(\alpha)/\mathbb{Q})$ como matrices de $3 \times 3$, pero para ello tengo una base de $\mathbb{Q}(\alpha)$$\mathbb{Q}$. Y la pregunta es:

Qué base de $\mathbb{Q}(\alpha)/\mathbb{Q}$ es mejor elegir y cómo expresar las raíces de las $\alpha, \beta$ $\gamma$ en términos de esa base?

Si me tome ${1, \alpha, \alpha^2}$ como base, lo que es una buena manera de encontrar las coordenadas de $\beta$$\gamma$?

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Andreas Caranti Puntos 35676

Las raíces de$f(x)$ serán de la forma$\alpha, \beta, -\alpha - \beta$, ya que el coeficiente de$x^{2}$ es cero. Ahora, una base de$\mathbb{Q}(\alpha)/\mathbb{Q}$ será $$ \ tag {basis} 1, \ alpha, \ beta. $$ Sabes que uno de los generadores$g$ del grupo Galois permutará las raíces cíclicamente $$ \ alpha \ mapsto \ beta \ mapsto - \ alpha - \ beta \ mapsto \ alpha. $$ Entonces, usando (base), una matriz para este generador será $$ \begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & -1\\ 0 & 1 & -1\\ \end {bmatrix}. $$

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CitizenInsane Puntos 106

Primero, creo que quiso decir$C_3$ y no$A_3$, ya que$K=\mathbb Q(\alpha)$ es Galois. Dicho eso, significa que el cociente de$x^3-3x+1$ entre$x-\alpha$, que es$x^2+\alpha x+\alpha^2-3$, es reducible en$K$. Por lo tanto, su discriminante$12-3\alpha^2$ es un cuadrado en$K$. Ahora escribe$z=a+b\alpha+c\alpha^2$ y resuelve$z^2=12-3\alpha^2$. Con un poco de paciencia, encontrará$(a,b,c)=\pm (2,1,-4)$ y, por lo tanto, las otras raíces de$f$.

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jammur Puntos 589

Hacer la división sintética para ver que

$$x^3-3x+1 = (x-\alpha)(x^2+\alpha x+\alpha^2-3)$$

Hacer la división sintética para ver que

A continuación, las otras raíces son sólo

$$\beta,\gamma = {-\alpha\pm \sqrt{12-3\alpha^2}\over 2}$$

Ahora, el discriminante aquí debe ser un cuadrado en el campo, y como $\alpha$ es un entero algebraico, las otras raíces son también enteros, y por lo que sospecho que si

$$12-3\alpha^2 = (a\alpha^2+b\alpha+c)^2$$

a continuación, vamos a adivinar $b=1$ desde que se cancelará con el $-\alpha$, y además tenemos la sospecha de que $a, b$ son ambos inclusive, de modo que la división por $2$ en el denominador se mantendrá en el $\Bbb Z$-módulo se extendió por $1,\alpha,\alpha^2$.

Escrito

$$12-3\alpha^2 = (2k\alpha^2+\alpha + 2j)^2$$ $$=4k^2\alpha^4+\alpha^2+4j^2+2(2k\alpha^3+4kj\alpha^2+2j\alpha)$$ $$=4k^2(3\alpha^2-\alpha)+\alpha^2+4j^2+2(2k(3\alpha-1)+4kj\alpha^2+2j\alpha)$$

$$=\alpha^2(12k^2+1+8kj)+\alpha(12k-4k^2+4j)+1(4j^2-4k)$$

Llegamos a la conclusión de

$$\begin{cases} j^2-k = 3 \\ 3k-k^2+j=0 \\ 3k^2+2kj = -1 \end{casos}$$

que parece oneroso, pero el último que nos da $k=\pm 1$ desde $k$ es un divisor de una unidad, y el uso que con la primera muestra $j^2=4$ es decir $j=\pm 2$. Comprobación en contra de la segunda, vemos a $3k+j = 1$ $k=1, j=-2$ obras y obtenemos una solución es $\beta = \alpha^2 -2$. Y claramente el contrario todavía va a la plaza a esto, así que la negación de todos los coeficientes verifica $\gamma = -\alpha^2-\alpha+2$. La imagen de $\alpha^2$ es la imagen de $\alpha$, cuadrado, es decir, se $\beta^2$, de modo que la plaza esta a obtener:

$$\beta^2 = \alpha^4-4\alpha^2+4 = 3\alpha^2-\alpha-4\alpha^2+4 = -\alpha^2-\alpha + 4$$

Así que nuestra matriz para un generador del grupo de Galois que corresponde a la permutación $\alpha\mapsto\beta\mapsto\gamma$ es sólo

$$\sigma = \begin{pmatrix} 1 & -2 & 4 \\ 0 & 0 & -1 \\ 0 & 1 & -1 \end{pmatrix} $$

Incluso podemos confirmar que $\sigma^3= I$, $3\times 3$ matriz identidad, la comprobación de su orden.

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