@ -60,7 +60,7 @@
Sia $ \alpha \in K $ . Allora si definisce $ K ( \alpha ) $
Sia $ \alpha \in K $ . Allora si definisce $ K ( \alpha ) $
come la più piccola estensione di $ K $ che contiene
come la più piccola estensione di $ K $ che contiene
$ \alpha $ , ossia:
$ \alpha $ , ossia:
\[ K ( \alpha ) = \bigcap _ { \substack { \faktor { F _ i } { K } \text { campo } \\ \alpha \in F _ i } } F _ i. \]
\[ K ( \alpha ) = \bigcap _ { \substack { \faktor { F _ i } { K } \text { campo } \\ [ 0 . 02 in ] \alpha \in F _ i } } F _ i. \]
\end { definition}
\end { definition}
\begin { definition} [estensione semplice]
\begin { definition} [estensione semplice]
@ -197,6 +197,68 @@
\[ LM = K ( \alpha _ 1 , \ldots , \alpha _ m, \beta _ 1 , \ldots ,
\[ LM = K ( \alpha _ 1 , \ldots , \alpha _ m, \beta _ 1 , \ldots ,
\beta _ n). \]
\beta _ n). \]
\end { remark}
\end { remark}
\begin { theorem} [delle torri algebriche]
Siano $ K \subseteq L \subseteq F $ campi. Allora $ \faktor { F } { K } $ è un'estensione finita se e solo se
$ \faktor { L } { K } $ e $ \faktor { F } { L } $ sono estensioni finite. \medskip
In particolare\footnote { Si può generalizzare questa formula ad $ F $ spazio vettoriale su $ K $ e $ L $ con $ K \subseteq L $ , a patto che $ K $ e $ L $ siano campi.} , se $ \faktor { F } { K } $ è un'estensione finita,
vale che:
\[ [ F : K ] = [ F : L ] [ L : K ] . \]
\end { theorem}
\begin { proof}
Se $ \faktor { F } { K } $ è un'estensione finita, allora a
maggior ragione $ \faktor { L } { K } $ è un'estensione finita
dal momento che $ L $ è un $ K $ -sottospazio vettoriale di
$ F $ , che è un $ K $ -spazio vettoriale. Inoltre,
anche $ \faktor { F } { L } $ è un'estensione finita, dacché
una base di $ \faktor { F } { K } $ è un insieme di generatori
su $ \faktor { F } { L } $ , dal momento che $ K \subseteq L $ . \medskip
Si mostra adesso che se $ \faktor { L } { K } $ e $ \faktor { F } { L } $ sono estensioni finite, allora $ F $ è uno spazio
finito-dimensionale su $ K $ e vale che:
\[ [ F : K ] = [ F : L ] [ L : K ] . \]
Siano $ [ F : L ] = m $ e $ [ L : K ] = n $ . Sia
$ \BB _ F = ( f _ 1 , \ldots , f _ m ) $ una base
di $ F $ su $ L $ , e sia $ \BB _ L = ( l _ 1 , \ldots , l _ n ) $ una
base di $ L $ su $ K $ . \\
Si dimostra che la seguente è una base di $ F $ su $ K $ :
\[ \BB _ F \BB _ L = \{ f _ 1 l _ 1 , \ldots , f _ 1 l _ n, \ldots , f _ m l _ n \} , \]
dove si osserva che $ \abs { \BB _ F \BB _ L } = [ F : L ] [ L : K ] $ .
Si mostra innanzitutto che $ \BB _ F \BB _ L $ è un insieme
di generatori. Sia $ f \in F $ .
Allora si può scrivere $ f $ come combinazione lineare
finita con scalari in $ L $ :
\[ f = \sum _ { i = 1 } ^ m \beta _ i f _ i. \]
A sua volta, allora, si può scrivere ogni $ \beta _ i \in L $
come combinazione lineare finita con scalari in $ K $ :
\[ \beta _ i = \sum _ { j = 1 } ^ n \gamma _ j ^ { ( i ) } l _ j. \]
Combinando queste due identità, si verifica che
$ \BB _ F \BB _ L $ genera $ F $ come $ K $ -spazio vettoriale:
\[ f = \sum _ { i = 1 } ^ m \sum _ { j = 1 } ^ n \gamma _ j ^ { ( i ) } \, l _ j f _ i. \]
Infine, si verifica che $ \BB _ F \BB _ L $ è un insieme linearmente
indipendente. Si consideri l'equazione:
\[ \sum _ { i = 1 } ^ m \sum _ { j = 1 } ^ n \gamma _ j ^ { ( i ) } \, l _ j f _ i = \sum _ { i = 1 } ^ m \left ( \sum _ { j = 1 } ^ n \gamma _ j ^ { ( i ) } l _ j \right ) f _ i = 0 . \]
Poiché $ \BB _ F $ è linearmente indipendente, si deduce
che:
\[ \sum _ { j = 1 } ^ n \gamma _ j ^ { ( i ) } l _ j = 0 . \]
Tuttavia, $ \BB _ L $ è a sua volta linearmente indipendente,
e quindi $ \gamma _ j ^ { ( i ) } = 0 $ , $ \forall i, j $ . Dunque
$ \BB _ F \BB _ L $ è linearmente indipendente, e quindi è
una base dacché è anche un insieme di generatori per
$ F $ come $ K $ -spazio vettoriale. Pertanto $ F $ è un'estensione
finita di $ K $ e vale la tesi.
\end { proof}
\begin { proposition}
\begin { proposition}
Siano $ L $ e $ M $ due campi tali per cui
Siano $ L $ e $ M $ due campi tali per cui
@ -256,26 +318,28 @@
(se $ \alpha \neq 0 $ ) e $ \beta \inv $ (se $ \beta \neq 0 $ ) sono elementi algebrici di $ K $ ,
(se $ \alpha \neq 0 $ ) e $ \beta \inv $ (se $ \beta \neq 0 $ ) sono elementi algebrici di $ K $ ,
e quindi $ A $ è un campo, e a maggior ragione un'estensione algebrica di $ K $ .
e quindi $ A $ è un campo, e a maggior ragione un'estensione algebrica di $ K $ .
\end { proof}
\end { proof}
Le estensioni finite sono completamente caratterizzate
in qualità di estensioni finitamente generate da elementi
algebrici sul campo di riferimento, come mostra la:
\begin { proposition}
\begin { proposition}
Se $ K \subseteq L \subseteq F $ è una torre di
$ \faktor { L } { K } $ è un'estensione finita se e solo se
estensioni e $ \faktor { L } { K } $ è algebrica così
è un'estensione finitamente generata da elementi algebrici.
come $ \faktor { F } { L } $ , allora anche
$ \faktor { F } { K } $ è algebrica.
\end { proposition}
\end { proposition}
\begin { proof}
\begin { proof}
Sia $ f \in F $ . Allora, poiché $ F $ è
Se $ L $ è un'estensione finita su $ K $ , allora esiste una
algebrico su $ L $ , esistono $ l _ 0 $ , \ldots ,
base finita $ \basis = \{ l _ 1 , \ldots , l _ n \} \subseteq L $
$ l _ n \in L $ tali per cui, detto
tale per cui $ L = K ( l _ 1 , \ldots , l _ n ) $ . Poiché $ L $ è
$ p ( x ) = l _ n x ^ n + \ldots + l _ 1 x + l _ 0 \in L [ x ] $ ,
un'estensione finita, $ L $ è anche algebrica, e quindi
vale che $ p ( f ) = 0 $ . In particolare $ f $ è
$ \basis $ è composta da elementi algebrici su $ K $ . Pertanto
algebrico su $ K ( l _ n, \ldots , l _ 0 ) $ , e quindi
$ L $ è un'estensione finitamente generata da elementi algebrici
$ K ( l _ n, \ldots , l _ 0 , f ) $ è un'estensione finita
su $ K $ . \medskip
su $ K ( l _ n, \ldots , l _ 0 ) $ . \medskip
Sia ora $ L = K ( l _ 1 , \ldots , l _ n ) $ con $ l _ i $ elemento algebrico
Chiaramente $ K ( l _ n, \ldots , l _ 0 ) $ è un'estensione
su $ K $ . Allora, per il teorema delle torri algebriche,
$ L $ è un'estensione
finita su $ K $ dal momento che questi due campi sono
finita su $ K $ dal momento che questi due campi sono
i due estremi della seguente torre di estensioni:
i due estremi della seguente torre di estensioni:
\[ \begin { tikzcd }
\[ \begin { tikzcd }
@ -289,21 +353,88 @@
\arrow [no head, from=3-1, to=4-1]
\arrow [no head, from=3-1, to=4-1]
\arrow [no head, from=4-1, to=5-1]
\arrow [no head, from=4-1, to=5-1]
\end { tikzcd} \]
\end { tikzcd} \]
Infatti ogni camp o della torre è un'estensione
dove ogni campo intern o della torre è un'estensione
finita del sottocampo corrispondente dal momento
finita del sottocampo corrispondente dal momento
che $ \faktor { L } { K } $ è un'estensione algebrica\footnote {
che $ \faktor { L } { K } $ è un'estensione algebrica, da
In particolare questo dimostra che un'estensione
cui la tesi.
algebrica e finitamente generata è anche
\end { proof}
finita. Si può generalizzare il risultato
mostrando che un'estensione è finita se e solo
\begin { proposition}
se finitamente generata da elementi algebrici.
Sia $ K \subseteq L \subseteq F $ una torre di
} . \medskip
estensioni. Allora $ \faktor { F } { K } $ è un'estensione
algebrica se e solo se lo sono sia $ \faktor { L } { K } $
che $ \faktor { F } { L } $ .
\end { proposition}
\begin { proof}
Se $ \faktor { F } { K } $ è un'estensione algebrica,
a maggior ragione $ \faktor { F } { L } $ è
algebrica, dal momento che ogni elemento $ f \in K $ è
radice di un polinomio a coefficienti in $ K $ , e
quindi, in particolare, di un polinomio a coefficienti in
$ L $ . Allora stesso tempo, ogni elemento di $ L $ è un
elemento di $ F $ , e quindi tale elemento è ancora algebrico
su $ K $ , e così anche $ \faktor { L } { K } $ è un'estensione
algebrica. \medskip
Siano $ \faktor { L } { K } $ e $ \faktor { F } { L } $
estensioni algebriche. Sia $ f \in F $ . Allora, poiché $ F $ è
algebrico su $ L $ , esistono $ l _ 0 $ , \ldots ,
$ l _ n \in L $ tali per cui, detto
$ p ( x ) = l _ n x ^ n + \ldots + l _ 1 x + l _ 0 \in L [ x ] $ ,
vale che $ p ( f ) = 0 $ . In particolare $ f $ è
algebrico su $ K ( l _ n, \ldots , l _ 0 ) $ , e quindi
$ K ( l _ n, \ldots , l _ 0 , f ) $ è un'estensione finita
su $ K ( l _ n, \ldots , l _ 0 ) $ . \medskip
Chiaramente anche $ K ( l _ n, \ldots , l _ 0 ) $ è un'estensione
finita su $ K $ dal momento che è finitamente generata
da elementi algebrici su $ K $ , dacché $ L $ è un'estensione
algebrica su $ K $ . \medskip
Per il teorema delle torri algebriche, allora
Per il teorema delle torri algebriche, allora
$ K ( l _ n, \ldots , l _ 0 , f ) $ è un'estensione finita
$ K ( l _ n, \ldots , l _ 0 , f ) $ è un'estensione finita
di $ K $ . Dal momento allora che $ K ( f ) \subseteq K ( l _ n, \ldots , l _ 0 , f ) $ , anche questa è un'estensione finita,
su $ K $ . Dal momento allora che $ K ( f ) \subseteq K ( l _ n, \ldots , l _ 0 , f ) $ , anche questa è un'estensione finita,
e quindi $ f $ è algebrico, da cui la tesi.
e quindi $ f $ è algebrico. Pertanto si conclude che
$ \faktor { F } { K } $ è un'estensione algebrica, da cui
la tesi.
\end { proof}
Infine, si presenta un risultato interessante che lega
l'algebricità di $ \faktor { L } { K } $ e $ \faktor { M } { K } $ a quella
di $ \faktor { LM } { K } $ :
\begin { proposition}
Siano $ K \subseteq L $ , $ M $ . Allora le estensioni
$ \faktor { L } { K } $ e $ \faktor { M } { K } $ sono algebriche se
e solo se $ \faktor { LM } { K } $ è algebrica.
\end { proposition}
\begin { proof}
Siano $ \faktor { L } { K } $ e $ \faktor { M } { K } $ algebriche.
Sia $ \alpha \in LM = L ( M ) $ . Dal momento che $ L ( M ) $ è un
$ L $ -spazio vettoriale i cui vettori sono gli elementi di
$ M $ , allora $ \alpha $ può scriversi
come combinazione lineare finita di elementi in $ M $ con
coefficienti in $ L $ , ossia:
\[ \alpha = \sum _ { i = 1 } ^ n \lambda _ i m _ i. \]
Poiché $ L $ e $ M $ sono estensioni algebriche su $ K $ ,
$ K' : = K ( \lambda _ 1 , \ldots , \lambda _ n, m _ 1 , \ldots , m _ n ) $ è
un'estensione finitamente generata da elementi algebrici
ed è pertanto finita su $ K $ . Poiché $ K ( \alpha ) \subseteq
K'$ , $ K(\alpha )$ è un'estensione finita su $ K$ e dunque
$ \alpha $ è algebrico su $ K $ . Pertanto $ LM $ è un'estensione
algebrica su $ K $ . \medskip
Se $ \faktor { LM } { K } $ è un'estensione algebrica, allora
in particolare ogni elemento di $ L $ , che appartiene a $ L $ ,
è algebrico su $ K $ , e così $ \faktor { L } { K } $ è un'estensione
algebrica. Analogamente lo è anche $ \faktor { M } { K } $ , da cui
la tesi.
\end { proof}
\end { proof}
\end { document}
\end { document}