伽罗瓦理论之美

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根式解的定义

纯扩域:B/F为扩域, B=F(d), $$d\in B ,d^m \in F$$时把B称为F的m型纯扩域.

根式塔:不断扩域形成的域列, $$F=F_1\subseteq F_2\subseteq F_3\cdots \subseteq F_{r+1}$$ ,如果每个扩域$$F_{i+1}/F_i$$(i=1,2, …,r)都是一个纯扩域,则称此域列为一个根式塔。

于是,数域F中的数通过加减乘除和开方运算所能得到的数,一定包括在某个根式塔的 $$F_{r+1}$$之中。由此,伽罗瓦给出了根式可解的更清晰优美的定义。

根式可解:设一元多次方程f(x)的全部系数都包含在域F之内,此方程的全部根都包含在域E之内,且E是包含f(x)全部根的最小域(此时称E为F上多项式f(x)的根域),如果存在根式塔$$F=F_1\subseteq F_2\subseteq F_3\cdots \subseteq F_{r+1}$$,且 $$E\subset F_{r+1} $$ ,称域F上的方程f(x)根式可解。

伽罗瓦群

域的自同构映射:前面我们介绍了域的同构,知道了两个域同构意味着两个域之间存在着满足同构关系的映射。显然一个域一定是和自己同构的,我们把某个域E到自身的同构映射叫做自同构映射。事实上,这种自同构映射未必只有一个,我们把全部自同构映射组成的集合记为Aut(E)。

定义Aut(E)上两个元素$$f_1$$ 和$$f_2$$之间的“乘法”为$$ f_1*f_2(a) = f_1(f_2(a))$$ ,证明Aut(E)在这个“乘法”下构成群。

伽罗瓦群:E/F是扩域,且E是系数在F内的某个多项式方程的根域(根域参见前面的说明,以后会将这种根域叫做F的正规扩域),E上全部自同构映射的集合Aut(E)中使F中元素不变的那些映射形成的子集构成Aut(E)的一个子群,称为E在F上的伽罗瓦群,记为G(E/F)。

根式解与伽罗瓦群

下面就是见证奇迹的时刻了:

设 $$f(x)\in F(x)$$(意思是 f(x)的系数都在 F 内),则对于任意 $$\sigma \in G(E/F) $$ ,必然有 $$\sigma (f(x)) =f(x)$$ ,这是因为 $$\sigma $$ 作用在 F 上是恒等映射;同时,设方程 f(x)=0 有n个根,分别是 $$\alpha_1,\cdots,\alpha_n$$,那么 $$f(x)=(x-\alpha_1)\cdots(x-\alpha_n)$$ ,于是$$\sigma(f(x))=(x-\sigma(\alpha_1))\cdots(x-\sigma(\alpha_n)) = f(x) = (x-\alpha_1)\cdots(x-\alpha_n) $$ 。这说明 $$\sigma (\alpha_1),\cdots \sigma (\alpha_n)$$只是$$\alpha_1,\cdots,\alpha_n$$的一组置换(意思是,还是这n个数,只是位置发生了变化)!

看到了么,伽罗瓦群中的每个映射都对应着方程根的一组置换!

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