Теорема о примитивном элементе
Теорема о примитивном элементе — это результат в теории полей, описывающий условия, при которых конечное расширение поля является простым. Более подробно, теорема о примитивном элементе характеризует расширения конечной степени , такие что существует примитивный элемент с .
Терминология
Пусть — произвольное расширение поля. Элемент называется примитивным элементом для расширения , если
Расширения, для которых существует хотя бы один примитивный элемент, называются простыми расширениями. Любой элемент простого расширения можно записать в виде
- где
Если же, кроме того сепарабельно и имеет степень n, существует , такое что множество
образует базис E как векторного пространства над F.
Формулировка
Следующая формулировка теоремы принадлежит Эмилю Артину:
Теорема. Пусть — конечное расширение поля. Тогда для некоторого тогда и только тогда, когда число промежуточных полей K вида конечно.
Из этого утверждения следует более традиционная формулировка теоремы о примитивном элементе:
Следствие. Пусть — конечное сепарабельное расширение. Тогда для некоторого .
Это следствие можно немедленно применить к произвольным алгебраическим числовым полям, так как поле имеет характеристику 0, следовательно, любое его расширение сепарабельно.
Пример
Далеко не очевидно, что если добавить в корни многочленов и , получив поле степени 4 над , то существует элемент , через степени которого выражаются как , так и . Оказывается, однако, что этому условию удовлетворяет
Степени выражаются как сумма и с целыми коэффициентами. Записав соответствующую систему линейных уравнений, можно выразить из неё и (например, ) откуда следует, что является примитивным элементом.
Примечания
- Ван дер Варден Б. Л. Алгебра — М:, Наука, 1975
- Доказательство теоремы на mathreference.com
- Доказательство теоремы на сайте Кена Брауна