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Si $F \leq\overline{\mathbb{Q}}(x)$ entonces $F/\mathbb{Q}$ o $\overline{\mathbb{Q}}(x)/F$ es algebraico.

Supongamos que $\overline{\mathbb{Q}}$ es el cierre algebraico de $\mathbb{Q}$ y que $F \leq \overline{\mathbb{Q}}(x)$ sea un subcampo. Entonces quiero demostrar que $F/\mathbb{Q}$ o $\overline{\mathbb{Q}}(x)/F$ es una extensión algebraica.

Supongo que entiendo un poco la idea Si $F/\mathbb{Q}$ no es algebraico entonces eso debe significar que de alguna forma $F = K(x)$ donde $K \leq \mathbb{Q}$ Y entonces, obviamente, conseguimos que $\overline{\mathbb{Q}}(x)/K(x)$ es algebraico. Esa es la respuesta intuitiva, pero ¿cómo se formaliza esto?

Si $F/\mathbb{Q}$ no es algebraico, entonces hay $y \in F \subseteq \overline{\mathbb{Q}}(x)$ que es trascendental. ¿Implica esto directamente que $x \in F$ ? Estoy un poco confundido aquí. Y si conseguimos que $x \in F$ , obtenemos que $F \geq \mathbb{Q}(x)$ pero, ¿se puede decir que $F = K(x)$ para algunos $K \geq \mathbb{Q}$ ?

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bluebrother Puntos 4224

Su idea de que si $F$ no es algebraico sobre $\newcommand{\Q}{\mathbb{Q}}$ entonces debe ser de la forma $F = K(x)$ no es correcto, pero algo muy parecido sí funciona.

Si $F$ no es algebraico sobre $\Q$ entonces debemos tener un elemento en $F$ que es trascendental sobre $\Q$ . Llamemos a este elemento $t \in \newcommand{\QQ}{\overline{\Q}}\QQ(x)$ . Establecer $K = \Q(t)$ . Claramente, $\Q \leq K \leq F \leq \QQ(x)$ donde $A \leq B$ representa $B$ es un campo de extensión de $A$ .

Está claro que si $\QQ(x)$ es algebraico sobre $K$ entonces es algebraico sobre $F$ por lo que, sin pérdida de generalidad, suponemos que $F = \Q(t)$ para algún elemento $t \in \QQ(x)$ .

Ahora, ¿qué significa para $t$ para ser un elemento de $\QQ(x)$ ? Uno tiene que $$t = \frac{p(x)}{q(x)},$$ donde $p,q \in \QQ[x]$ . ¿Puedes usar esto para crear un polinomio no nulo con coeficientes en $F = \Q(t)$ tal que $x$ ¿es una raíz de la misma?

En otras palabras, ¿puedes describir un polinomio $f(X) \in F[X] = \Q(t)[X]$ tal que $f(x) = 0$ y $f \not\equiv 0$ ?

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