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Demuestre que un anillo dado es un campo con cuatro elementos

Dejemos que $R = ( \mathbb{Z} / 2 \mathbb{Z} ) [t]$ sea el anillo de polinomios con coeficientes $\mathbb{Z} / 2 \mathbb{Z}$ , $f = f(t) = t^2 + t +1$ y $g = t^2 +1$ . Demuestra que:

(1) $R/(f)$ es un campo con cuatro elementos.

(2) $R / (g)$ no es un dominio y tiene cuatro elementos.

(3) Tampoco $R / (f)$ ni $R / (g)$ es isomorfo al anillo $\mathbb{Z} / 4\mathbb{Z}$ .


No tengo ni idea de cómo hacer este problema. Mi suposición para el primero es primero mostrar $R / (f)$ tiene cuatro elementos y luego muestra $(f)$ es máxima, pero no sé cómo proceder.

Se agradece cualquier ayuda.

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Andreas Caranti Puntos 35676

Un enfoque totalmente elemental es la siguiente.

En primer lugar, dado cualquier campo $F$ y el polinomio mónico $h$ de grado $n$ , $F[x]/(h)$ es el anillo de las clases de residuos módulo $h$ , es decir, los restos de la división euclidiana por $h$ (muy parecido al caso de $\mathbb{Z}/(n) = \mathbb{Z}/n \mathbb{Z}$ .)

Así que en ambos casos, como conjuntos sus anillos cotizados consisten en las clases de congruencia (= cosets) de los cuatro elementos $a + b x$ con $a, b \in F = \mathbb{Z}/(2)$ . Pero el producto en los dos casos es críticamente diferente, como veremos en un segundo.

Ahora $f$ es irreducible, por lo que en el caso (1) se obtendrá un campo. Esto se debe simplemente a que $x (x + 1) = x^{2} + x \equiv 1 \pmod{f}$ , por lo que todos los elementos $\ne 0$ tendrá un inverso.

En su lugar, $g = x^2 + 1= (x+1)^{2}$ es reducible, y por tanto en el caso (2) hay divisores cero, ya que $x + 1 \not\equiv 0 \pmod{g}$ pero $(x + 1)^{2} \equiv 0 \pmod{g}$ .

En ambos casos, el anillo cociente es un espacio vectorial sobre $F$ por lo que el periodo aditivo de los elementos no nulos es $2$ , mientras que en $\mathbb{Z}/4\mathbb{Z}$ hay (dos) elementos con período aditivo $4$ . También se puede distinguir (1) de $\mathbb{Z}/4\mathbb{Z}$ porque este último no es un campo, pero las estructuras multiplicativas de (2) y $\mathbb{Z}/4\mathbb{Z}$ son los mismos.

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