伽罗瓦理论(4)

伽罗瓦理论(1)
伽罗瓦理论(2)
伽罗瓦理论(3)
这部分开始利用前面的理论得到一些推论。

五次以上的一般多项式方程不是根式可解的

n n 次的一般多项式为
f ( x ) = x n t 1 x n 1 + + ( 1 ) n t n F ( t 1 , , t n ) [ x ] f(x)=x^n-t_1x^{n-1}+\cdots+(-1)^nt_n\in F(t_1,\cdots, t_n)[x]

n 5 n\geq 5 时,方程 f ( x ) = 0 f(x)=0 的解不能全部用域 F ( t 1 , , t n ) F(t_1,\cdots,t_n) 上的有限根式表达出来。原因在于此时对称群 S n S_n 不可解。

下面我们说明伽罗瓦群 G = G a l ( F ( x 1 , , x n ) / F ( t 1 , , t n ) ) G=Gal(F(x_1,\cdots,x_n)/F(t_1,\cdots,t_n)) 同构于对称群 S n . S_n. 首先,此扩张是Galois扩张。其次,根据超越扩域的超越维数,知道 F [ x 1 , , x n ] F[x_1,\cdots,x_n] n n 变元的多项式环同构,于是 S n S_n x 1 , , x n x_1,\cdots,x_n 之间的置换群同构,在同构意义下,可以认为 S n G S_n\subset G 。根据Galois对应,我们只需要说明 F ( x 1 , , x n ) S n = F ( t 1 , , t n ) F(x_1,\cdots,x_n)^{S_n}=F(t_1,\cdots,t_n)

对于任何有理分式 f = g / h F ( x 1 , , x n ) f=g/h\in F(x_1,\cdots,x_n) ,如果 σ ( f ) = f , σ S n \sigma(f)=f,\forall \sigma\in S_n . 变形得 f = g τ i d τ ( h ) / τ τ ( h ) : = p / q f=g\prod_{\tau\neq id}\tau(h)/\prod_\tau \tau(h):=p/q ,则 q q 为对称多项式,上下同时用 σ \sigma 作用,得到 σ ( f ) = σ ( p ) / q = f \sigma(f)=\sigma(p)/q=f ,于是 σ ( p ) = p \sigma(p)=p ,从而 f f 是两个对称多项式的商。因为任何对称多项式都在 F [ t 1 , , t n ] F[t_1,\cdots,t_n] 中,因此, f F ( t 1 , , t n ) f\in F(t_1,\cdots,t_n)

由此,因为交错群 A n S n A_n\subset S_n 是非交换单群(参考Milne的群论讲义COROLLARY 4.37 ),于是也就必定不可解,所以 S n S_n 也不可解,从而五次以上的一般多项式方程不是根式可解的。

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