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可分多項式
來源:互聯網

可分多項式是一類重要的多項式,指既約因式在任意擴域內無重根的多項式。設f(x)是域F上次數大于零的多項式,若f(x)的每個既約因式在F的代數閉包內沒有重根,則稱f(x)為可分多項式;否則,稱為不可分多項式。既約多項式f(x)是不可分多項式的充分必要條件為f′(x)=0。特征為零的域上任何既約多項式均為可分多項式。特征為p>0的域上既約多項式f(x)是不可分多項式的充分必要條件為存在某個h(x)使得f(x)=h(x^p)。

定義

可分多項式在不同的作者的書下有兩個略微不同的定義。最常見的一個定義是:當在一個給定域K上的多項式P(X)在K的代數閉包中有不同的根時,稱多項式為可分的。換言之它的互異根的數量需要等于多項式的次數。在多項式因式分解的觀點下,這樣的多項式是無平方多項式。第二個定義,當P(X)在K[X]中的每個不可約因子在K的代數閉包中的根互不相同,此時稱P(X)是可分的。這意味著每個不可約因子是無平方項的。在這個定義中,可分性依賴于K,比如任何一個不可分的不可約多項式P在它的分裂域上都變成可分的了。并且在這個定義下,每個完美域上的多項式是可分的,這包含了0特征域和所有有限域。兩個定義對于K上不可約多項式是等價的,這個被用來定義域K的可分擴張。在條目的余下部分只用第一個定義。一個多項式可分當且僅當它與它的形式導數P'(X)互質

域的可分擴張

可分多項式被用于定義可分擴張:一個域擴張K?L是一個可分擴張當且僅當對任意的代數元α∈L,α在K上的極小多項式是可分多項式。不可分擴張只可能在特征為p的域上出現。由定義可以立馬得到如果P是不可約的并且不可分,那么P'(X)=0。因此必須有P(X) = Q(X^p)對某個K上多項式Q成立,當中p是K的特征。例如,P(X) = X^p ? T,其中K是在有限域F_p上的不定元T的有理函數組成的域,可以直接證明P(X)是不可約的,并且不可分。這是為什么不可分性需要被強調的一個例子;用幾何的語言來說,P代表了有限域上的一個射影直線,將坐標取p次冪。這樣的映射對有限域上的代數幾何是基礎的。若L是域擴張K(T^(1/p)),即P的分裂域,則L/K是一個純不可分域擴張的例子。它的次數是p,但是除了恒等映射沒有保K不變的態射,因為T^(1/p)是P的唯一一個根。這直接證明了伽羅華理論在這里不適用。一個沒有此類擴張的域稱為完美域。可以證明L和它自己在K上的張量積有非零的冪零元。這又一次證明了不可分性:這是說域上的張量積操作不需要形成一個域的積環(因此沒有交換的半單環)。

應用

若P(X)是可分的,且它的根形成了一個群(域K的子群),則P(X)稱為一個加性多項式。可分多項式常在埃瓦里斯特·伽羅瓦理論中出現。例如,令P是一個整系數不可約多項式而p是一個不整除P首項系數的素數。Q是有限域F_p上的上由P模p約化而來的多項式。則若Q可分則Q不可約因子的次數是P的伽羅華群的某個置換的長度。另一個例子是,P同上,一個群G的預解式R是一個系數為p為系數的多項式的多項式,R提供了關于P的伽羅華群的信息。更準確的說,若R是可分的并且有有理根則P的伽羅華群包含于G。例如若D是P的判別式,則X^2-D是隔行掃描群的預解式。當P是可約的這個預解式總是可分的,但是大多的預解式是不可分的。

參考資料 >

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