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【牙膏有营养,牙齿好喜欢】|Gi|/|Gi+1|是素数又意味着什么?

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写在前面:伽罗瓦以后,大多数人都知道,方程的伽罗瓦群不是可解群,那么方程便不可解。但是,要誊清这个问题,不仅仅是掌握这个技巧,还需要更多的思考。比方说,谁能用群的思想17分圆?
思考下面问题:
1. 为什么方程的伽罗瓦群必须是可解群?|Gi|/|Gi+1|意味着什么?|Gi|/|Gi+1|是素数又意味着什么?
2.什么情况下域不能扩展成根域?
3. 为什么有的5次方程可以解,比方说x^5 - 1 =0 ;有的5次方程则不能解,比方说 x^5 + bx^4 + cx^3 + dx^2 + ex + f = 0?
可以肯定两个方程的系数域是不一样的,但是怎么才能区分这两个方程的系数域的区别?或者说如何获得一个直观的方式,来区分不同方程的根域 可能被扩展,还是不能被扩展?
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1. 先考察子群序列,还有|Gi|/|Gi+1|的含义.
值得注意的是Gi Gi+1分别是两个群;Gi+1 必须是 Gi 的正规子群,也就是 Gi+1 必须可以通过若干个元素扩展成 Gi.
于是根据拉格朗日子群定理,|Gi|必定是|Gi+1|的整数倍;
但是伽罗瓦规定了 ,|Gi|必定是|Gi+1|的素数倍;这里面是不是说只有素数次的辅助方程才是可解的?要知道我们只能解1,2,3,4次方程。

2. 5次方程不可解

3. Gauss的17分圆的群论解法


以上..



IP属地:广东1楼2012-05-07 10:25回复
    这里主要是想说明白的是:
    |Gi| / |Gi+1| 的结果 其实等价于拉格朗日预解式(也就是所谓的辅助方程)的次数。
    然后提出来两个问题:
    1. 系数域的扩展为什么会对应于 群 缩小到它的 正规子群。
    2. |Gi| / |Gi+1|为什么是必须是素数 才能使得 伽罗瓦群是可解群?


    IP属地:广东2楼2012-05-07 10:30
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      转发一段笔记:
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      叙述一下Galois关于代数方程根式可解等价于它的Galois群可解这一定理的证明思路。证明的过程比比皆是,不需我多说,但是对于初学者(尤其是自学的人)来说,仍然存在一些不容易理解的地方,我想就我个人的理解去叙述一下证明的思路,这样大家自己读证明的时候会容易一些。
      一个特征为0的域F上的代数方程f(x)=0根式可解,等价于这个多项式的分裂域含于某个以F开始的n根式扩张E中,这是把根式可解“翻译”成数学的语言,是解决问题的第一步。一般来说这个E不见得是域F上的Galois扩张,不利于我们应用Galois扩张的丰富知识,幸好这个限制并不是本质的,因为可以证明E的正规闭包仍是一个n根式扩张(道理很简单,把那些不足的根全部加进去就可以了)。所以我们可以假定这个n根式扩张E还是F上的Galois扩张.这时G是Gal(E/F)的子群。
      在定理的证明过程中主要用到两个重要结论:
      1 .Natural Irrationalities(<<代数学引论>>246页定理3)
      2 .群G可解当且仅当其子群和商群都可解
      这两个定理的用处下面会解释
      天才的Galois发现了f(x)的Galois群G的可解性与多项式方程根式可解之间的联系。直观地说,就是当向基域F(这个基域要求含有本原n次单位根ω)中加入一个根式后,f的Galois群G要么不变,(这相当于加入的根式对解方程的根没有什么帮助),要么变成G的一个正规子群N(相当于这个根式在f的根的表达式中出现了),且商群G/N是abel群,这是由Galois基本定理和循环扩张定理得到的。(当然也可以由Lagrange的版本,不过这时加入的是p次根式)
      注意循环扩张定理的条件中要求域F含有本原n次单位根。如果我们不断地加入根式,那么方程的Galois群就不断地以这种方式“减小”,如果加入若干根式以后,方程的根都含在得到的新的域K中了,那么群G应当退化为单位群{e}.也就是群G有可解群列,反之亦然。
      (1) 如果根式可解,去证Gal(E/F)也可解,由于G是Gal(E/F)的子群,从而G也可解。
      (2) 如果G可解,且基域中有本原n(n是G的阶)次单位根,去证存在根式扩张塔。
      但是这里有个问题,大家可能发现,前面要求基域F中要含有本原n次单位根,这个要求很重要,要特别指出,在特征为0的不含本原n次单位根的域上的n次扩张并没有一般的结论,除非n是素数。但是如果域F不含本原n次单位根怎么办?不要紧,把它加到F中去,在新的域扩张E(ω)/F(ω)中重复上面的讨论。
      事实上利用自然无理性定理,(Natural Irrationalities),有Gal(E(ω)/F(ω)) ≌ Gal(K/K∩F(ω)),注意Gal(K/K∩F(ω))是群G的正规子群,而且对应的商群是交换群(Z/nZ)*的子群。所以Gal(E(ω)/F(ω))的可解性与G的可解性是等价的。
      


      IP属地:广东3楼2012-05-07 18:12
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