feat(algebra1): aggiunge la teoria delle estensioni di immersioni di K

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Gabriel Antonio Videtta 11 months ago
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I coniugati di $\alpha$ sono speciali in quanto I coniugati di $\alpha$ sono speciali in quanto
permettono di studiare permettono di studiare
le $K$-immersioni di $K(\alpha)$ in $\overline{K}$, ossia le $K$-immersioni\footnote{
Una $K$-immersione è un monomorfismo tra estensioni di $K$
che fissa $K$.
} di $K(\alpha)$ in $\overline{K}$, ossia
di studiare i campi $K$-isomorfi a $K(\alpha)$ presenti in di studiare i campi $K$-isomorfi a $K(\alpha)$ presenti in
$\overline{K}$, come dimostra la: $\overline{K}$, come dimostra il:
\begin{proposition} \begin{theorem}[$K$-immersioni da $K(\alpha)$ in $\overline{K}$]
Sia $\alpha \in \faktor{L}{K}$ algebrico su $K$. Allora, Sia $\alpha \in \faktor{L}{K}$ algebrico su $K$. Allora,
se $d$ è il numero di coniugati distinti di $\alpha$, se $d$ è il numero di coniugati distinti di $\alpha$,
esistono esattamente $d$ $K$-immersioni di $K(\alpha)$ esistono esattamente $d$ $K$-immersioni di $K(\alpha)$
in $\overline{K}$ e sono tali da mandare $\alpha$ in in $\overline{K}$ e sono tali da mandare $\alpha$ in
un suo altro coniugato. un suo altro coniugato.
\end{proposition} \end{theorem}
\begin{proof} \begin{proof}
Per considerare le $K$-immersioni di $K(\alpha)$ in Per considerare le $K$-immersioni di $K(\alpha)$ in
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$\beta$ deve essere un coniugato di $\alpha$. Pertanto $\beta$ deve essere un coniugato di $\alpha$. Pertanto
gli omomorfismi da $K(\alpha)$ a $\overline{K}$ sono gli omomorfismi da $K(\alpha)$ a $\overline{K}$ sono
tali per cui $\alpha$ venga mandato in $\beta$. Questi tali per cui $\alpha$ venga mandato in $\beta$. Questi
omomorfismi
sono $K$-immersioni dal momento che l'unità viene preservata, sono $K$-immersioni dal momento che l'unità viene preservata,
da cui la tesi. da cui la tesi.
\end{proof} \end{proof}
\hr \hr
\begin{definition}[polinomio separabile]
Un polinomio $p \in K[x]$ si dice \textbf{separabile}
se $p$ ha radici distinte in un suo campo di
spezzamento.
\end{definition}
\begin{definition}[estensione separabile] \begin{definition}[estensione separabile]
Un'estensione $\faktor{L}{K}$ si dice \textbf{separabile} Un'estensione $\faktor{L}{K}$ si dice \textbf{separabile}
se per ogni $\alpha \in L$, $\mu_{\alpha,K}$ ha radici se per ogni $\alpha \in L$, $\mu_{\alpha,K}$ è
distinte. un polinomio separabile.
\end{definition} \end{definition}
\begin{definition}[campo perfetto] \begin{definition}[campo perfetto]
@ -190,7 +200,7 @@
\begin{note} \begin{note}
Si assumerà d'ora in poi che \underline{\textit{$K$ Si assumerà d'ora in poi che \underline{\textit{$K$
è perfetto}}, in modo tale da semplificare l'introduzione è un campo perfetto}}, in modo tale da semplificare l'introduzione
alla teoria di Galois. alla teoria di Galois.
\end{note} \end{note}
@ -198,4 +208,83 @@
Poiché $K$ è perfetto, le $K$-immersioni di $K(\alpha)$ Poiché $K$ è perfetto, le $K$-immersioni di $K(\alpha)$
sono esattamente $[K(\alpha) : K] = \deg_K \alpha$. sono esattamente $[K(\alpha) : K] = \deg_K \alpha$.
\end{remark} \end{remark}
\begin{remark}
Se $\varphi_i : K(\alpha) \mono \overline{K}$ è un'estensione di $\varphi : K \mono \overline{K}$, allora
$\varphi_i(K(\alpha)) = K(\varphi_i(\alpha))$.
\end{remark}
Poiché i campi considerati sono perfetti, si possono
studiare in generale le estensioni di tutte le immersioni
di $K$ in $\overline{K}$, e quindi non solo le estensioni
dell'identità, come dimostra il:
\begin{theorem}[estensioni di $\varphi$ da $K(\alpha)$ in $\overline{K}$]
Sia $\alpha \in \faktor{L}{K}$ algebrico su $K$. Allora
per ogni $\varphi : K \mono \overline{K}$ esistono
esattamente $\deg_K \alpha$ estensioni $\varphi_i : K(\alpha) \mono K$ di $\varphi$, ossia monomorfismi per cui $\restr{\varphi_i}{K} = \varphi$. Tali estensioni sono tali da mappare $\alpha$
nelle radici di $\varphi(\mu_\alpha)$.
\end{theorem}
\begin{proof}
Per considerare le estensioni di $\varphi$ da $K(\alpha)$ in
$K$, si considera prima l'isomorfismo:
\[ K(\alpha) \cong K[x] \quot{(\mu_\alpha)}. \]
Per il Primo teorema di isomorfismo, esistono
allora tanti omomorfismi da $K(\alpha)$ in $\overline{K}$
quanti sono gli omomorfismi da $K[x]$ in $\overline{K}$ che
annullano $(\mu_\alpha)$. Un omomorfismo $\varphi_i$
da $K[x]$ a $\overline{K}$ tale per cui $K$ viene mappato
tramite $\varphi$ è completamente determinato da
$\beta = \varphi_i(x)$ ed in particolare mappa $p \in K[x]$
alla valutazione del polinomio $q$, ottenuto mappando i
coefficienti di $p$ tramite $\varphi$, in $\beta$, detto
$\varphi(p)(\beta)$. Affinché allora $(\mu_\alpha)$
appartenga a $\Ker \varphi$, deve valere $\varphi(\mu_\alpha)(\beta) = 0$, e quindi
$\beta$ deve essere una radice di $\varphi(\mu_\alpha)$.
Pertanto gli omomorfismi da $K(\alpha)$ a $\overline{K}$ sono
tali per cui $\alpha$ venga mandato nelle radici di
$\varphi(\mu_\alpha)$. Questi omomorfismi sono
ancora immersioni dal momento che l'unità viene
preservata da $\varphi_i$. Dal momento che $\varphi$ è
a sua volta un'immersione, $\varphi(\mu_\alpha)$ è
irriducibile dacché $\mu_\alpha$ lo è, ed inoltre
$\deg \varphi(\mu_\alpha) = \deg \mu_\alpha$. Pertanto,
poiché $K$ è un campo perfetto,
le radici di $\varphi(\mu_\alpha)$ sono $\deg_K \alpha$,
e quindi le estensioni di $\varphi$ sono esattamente
$\deg_K \alpha$.
\end{proof}
A partire da questa proposizione, si può dimostrare un
risultato più generale sulle estensioni finite di $K$,
come mostra il fondamentale:
\begin{theorem}[estensioni di $\varphi$ da $\faktor{L}{K}$ in $\overline{K}$]
Sia $[L : K] = n$. Allora per ogni $\varphi : K \mono \overline{K}$ immersione esistono esattamente $n$
estensioni $\varphi_i : L \to \overline{K}$ di $\varphi$,
ossia tali per cui $\restr{\varphi_i}{K} = \varphi$.
\end{theorem}
\begin{proof}
Se $n = 1$, la tesi è del tutto ovvia.
Si dimostra facilmente il teorema per $n \geq 2$ applicando il principio di induzione ed il teorema precedente.
Se $n = 2$, $L$ è un'estensione semplice di $K$ e quindi
esiste $\alpha \in L \setminus K$
tale per cui $L = K(\alpha)$.
La tesi allora segue applicando il teorema precedente. \medskip
Se $n > 2$, sia $\alpha \in L \setminus K$.
Sia $[K(\alpha) : K] = m$. Se
$m = n$, allora $L = K(\alpha)$ e la tesi
segue ancora applicando il teorema precedente. Se invece
$m < n$, sia $[L : K(\alpha)] = d$. Per il teorema precedente
esistono esattamente $m$ estensioni $\varphi_i$ di $\varphi$ da $K(\alpha)$ in $K$. Invece, per il teorema delle torri algebriche,
$n = md$, e quindi $d < n$. Applicando allora l'ipotesi
induttiva, ogni $\varphi_i$ può essere unicamente
esteso in $d$ modi da $K(\alpha)$ a $L$. Pertanto esistono
solamente $n = md$ estensioni di $\varphi$, concludendo
il passo induttivo.
\end{proof}
\end{document} \end{document}

@ -225,6 +225,8 @@
% Spesso utilizzati durante il corso di Algebra 1 % Spesso utilizzati durante il corso di Algebra 1
\newcommand{\mono}{\hookrightarrow}
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\newcommand{\pset}{\mathcal{P}} \newcommand{\pset}{\mathcal{P}}

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