本記事ではガロア理論の推進定理について解説します。
前提
本記事では以下の内容を前提としています。それぞれ詳細はリンク先の記事をご覧ください。
を体の拡大、をその中間体とし、をとの合成体とする。このとき以下が成立する。
を有限次ガロア拡大とする。このときの中間体と、ガロア群 の部分群は以下の対応により一対一に対応している。
これらを踏まえて、まずは推進定理でどのようなことを考えるのかを見ていきましょう。
気持ち
ガロア理論の基本定理により、有限次ガロア拡大の中間体とガロア群の部分群には一対一対応がありました。しかもただ対応しているだけでなく、包含関係や合成などの情報も保った非常に良い対応です。
つまりガロア群は、ガロア拡大に関し非常に多くの情報を保持しているということです。
ところで上にあるガロア拡大の性質 () によると、2つの中間体 に対し、拡大
にはガロア拡大について関係があることが分かります。
ということは、(これらがガロア拡大になるときには)対応するガロア群にも何らかの関係があるのではないか……?というのが今回紹介する推進定理の内容になります。
主張
主張は以下の通りです。
を体の拡大、をその中間体とすると、以下が成立する。となり、さらにこのときが成立する。
となり、さらにこのときが成立する。
(証明) ()性質() から はガロア拡大である。また は有限次拡大なので、ある 上代数的な元 が存在し、が成立する。これよりとなるが、 は上代数的より、特に上代数的なので は有限次拡大である。
また、 に対し を考えると、 が正規拡大であることから、となる( 正規拡大の性質)。よって は の元となり、準同型が定まる。
(単射性) がを満たしたとする。これはすなわち は の元を固定するということ。よって は の元を共に固定するので、が従う。よって は単射である。
(全射性) とおく。 は の部分群なので、有限次ガロア拡大 に関するガロア理論の基本定理からを示せば、 すなわち が全射であることが従う。
とする。このとき任意の に対しより有限次ガロア拡大 に関するガロア理論の基本定理からが従う。よって となり、 が従い が全射であることが示された。
以上により は同型である。
() 性質() から はガロア拡大である。また()より より は有限次拡大である。
さらに先と同様に準同型を考える。これが単射であることを示すため、 がを満たしたとすると、 は の元を共に固定するので、 が従う。よって は単射であり、いまなので は同型となる。
名前といい主張といいかなり好きな定理です。
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