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Dimensión de un campo de división de un polinomio cúbico en $\mathbb{Q}$

Yo sé que para el polinomio cúbico $x^3-5$ $\mathbb{Q}$ la división de campo de la es $\mathbb{Q}(\sqrt[3]{5},e^{\frac{2\pi i}{3}})$, pero no puedo convencer a mí mismo por qué la dimensión de esta división de campo es de 6 y no de 9.

La base de la extensión del campo de $\mathbb{Q}(\sqrt[3]{5})$ $\mathbb{Q}$ da vectores linealmente independientes $\{1, \sqrt[3]{5}, \sqrt[3]{5}^2\}$ de manera tal que cualquier elemento de campo en $\mathbb{Q}(\sqrt[3]{5})$ es una combinación lineal de estos tres vectores, por lo $$\mathbb{Q}(\sqrt[3]{5})=\{a+b\sqrt[3]{5}+c\sqrt[3]{25}\mid a,b,c \in \mathbb{Q}\},$$ y del mismo modo la división de campo $$\mathbb{Q}(\sqrt[3]{5},e^{\frac{2\pi i}{3}})=\{A+Be^{\frac{2\pi i}{3}}+Ce^{\frac{4\pi i}{3}}\mid A,B,C \in \mathbb{Q}(\sqrt[3]{5})\}.$$ Por lo tanto, no es la base para la división de campo de la $\mathbb{Q}(\sqrt[3]{5},e^{\frac{2\pi i}{3}})$ consta de 9 elementos que $$\mathbb{Q}(\sqrt[3]{5},e^{\frac{2\pi i}{3}})=\left\{{{r+s\sqrt[3]{5}+t\sqrt[3]{25}+ue^{\frac{2\pi i}{3}}+v\sqrt[3]{5}e^{\frac{2\pi i}{3}}}\atop {+\,w\sqrt[3]{25}e^{\frac{2\pi i}{3}}+xe^{\frac{4\pi i}{3}}+y\sqrt[3]{5}e^{\frac{4\pi i}{3}}+z\sqrt[3]{25}e^{\frac{4\pi i}{3}}}}\;\middle\vert\;r,s,t,u,v,w,x,y,z\in\mathbb{Q}\right\}$$ por lo que la dimensión de esta división del campo sería de 9, o me estoy perdiendo algo, y tres de estos estoy contando dos veces y realmente hay sólo seis?

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Xenph Yan Puntos 20883

Sugerencia: ¿Estás seguro que $1$, $e^{2\pi i/3}$, y $e^{4\pi i/3}$ son linealmente independientes sobre $\mathbb{Q}$? ¿Cuáles son las raíces de $x^2+x+1$?

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Goethe Puntos 18

Usted tiene algunos (linealmente dependiente) despidos en su conjunto de generadores. En general, el grado de un compositum es no el producto de los grados.

EDIT: Y como Jacob señala a continuación, aunque esta no es la magnitud de su boo-boo porque $[\mathbb{Q}(e^{\frac{2\pi i}{3}}):\mathbb{Q}]=2$--es mínimo polinomio es $x^2+x+1$ $2$nd Cyclotomic polinomio (look!). De hecho, este hecho es cierto aquí. La clave está en que $[\mathbb{Q}(\sqrt[3]{5}:\mathbb{Q}]=3$ $[\mathbb{Q}(e^{\frac{2\pi i }{3}}):\mathbb{Q}]=2$ son coprime. De hecho, a causa de su intersección $\mathbb{Q}(\sqrt[3]{5})\cap\mathbb{Q}(e^{\frac{2\pi i }{3}})$ $\mathbb{Q}$ (¿por qué? sugerencia: se debe tener grado dividiendo $(2,3)$). El hecho entonces de la siguiente manera porque (entre otras razones) $\text{Gal}(LK/\mathbb{Q})$ es el subgrupo de $\text{Gal}(L/\mathbb{Q})\times\text{Gal}(K/\mathbb{Q})$ consiste de pares de $(\sigma,\tau)$ tal que $\sigma_{L\cap K}=\tau_{L\cap K}$. Ya que en nuestro caso, la intersección es $\mathbb{Q}$ y cada elemento de cualquier grupo de Galois ( $\mathbb{Q}$ ) corrige $\mathbb{Q}$ vemos que, de hecho, es el grupo de Galois de nuestro compositum es el producto de los grupos de Galois de los campos individuales.

Hay varias formas de encontrar el grado de la extensión. Uno de los más difíciles y computación formas libres es tener en cuenta que si $K$ es la división de campo de $x^3-5$ $K/\mathbb{Q}$ es de Galois y por lo $[K:\mathbb{Q}]=|\text{Gal}(K/\mathbb{Q})|$. Ahora, una muy útil teorema que implican el grupo de Galois es la siguiente

Teorema: Vamos a $f(x)\in\mathbb{Q}[x]$ ser irreductible, y tienen un grado $n$. Entonces, si $K_f$ denota una división de campo para $f$ que $[K_f:\mathbb{Q}]\mid n!$

Para ver por qué esto es cierto, tenga en cuenta que $f$ $n$ distintas raíces $\alpha_1,\cdots,\alpha_n$ y $K_f=\mathbb{Q}(\alpha_1,\cdots,\alpha_n)$. Entonces, desde un elemento de $\text{Gal}(K_f/\mathbb{Q})$ permutes las raíces de $f$ y está determinado por su acción sobre ellos se obtiene una fiel acción de $\text{Gal}(K_f/\mathbb{Q})$$\{\alpha_1,\cdots,\alpha_n\}$. Esto nos da una incrustación $\text{Gal}(K_f/\mathbb{Q})\hookrightarrow S_n$ e lo $[K_f:\mathbb{Q}]=|\text{Gal}(K_f/\mathbb{Q})|\mid n!$.

Ahora, con este teorema en la mano vamos a probar que si $f(x)=x^3-3$$[K_f:\mathbb{Q}]=6$. Bien, para empezar usted saber que $K_f\supseteq \mathbb{Q}(\sqrt[3]{5})$ y desde $\sqrt[3]{5}$ tiene un mínimo de polinomio $x^3-5$ tenemos que $[\mathbb{Q}(\sqrt[3]{5}):\mathbb{Q}]=3$ e lo $3\mid [K_f:\mathbb{Q}]$. Ahora, desde la $[K_f:\mathbb{Q}]\mid 6$ esto implica que los $[K_f:\mathbb{Q}]=3$ o $[K_f:\mathbb{Q}]=6$. Si esto último fuera cierto, evidentemente, tendríamos que $K_f=\mathbb{Q}(\sqrt[3]{5})$, pero creo que esto es claramente falsa desde $K_f$ contiene no los números reales (es decir,$e^{\frac{2\pi i }{3}}$) mientras que la $\mathbb{Q}(\sqrt[3]{5})$ no. Por lo tanto, debemos tener la $[K_f:\mathbb{Q}]=6$ como se desee.

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