素域

更新时间:2022-08-25 14:26

素域是一种重要的,指不含任何真子域的域。任何一个域F都有单位元e,考虑加群{0,±e,±2e,…,±me,…},它有两种可能:

基本概念

扩域(或扩张):如果域F是域E的一个子域,则称域E为子域F的一个扩域(或扩张),并用符号 ,表示E是F的扩域(或扩张)。

例1 复数域是实数域的扩域,而复数域和实数域又都是有理数域的扩域。

我们知道,任何数域都包含有理数域,即有理数域是最小的数域,它不再含有任何真子域。

素域(或最小域):如果一个域F不含真子域,则称F是素域(或最小域)。

例2 有理数域是素域,剩余类环 是素域。

相关定理

定理1

任何域E都含素域。

证明 设e是域E的单位元,且令 ,显然Z’是域E的子环,作映射 ,则 是整数环Z到Z’的一个同态满射。

(1)当char E=∞时,则 是同构映射,从而 。

但同构的环的商域也同构,即Z的商域 Z’的商域,又Z的商域是有理数域Q,E包含Z',因而E包含Z'的商域,再由有理数域Q是素域,故Z’的商域也是素域,即域E包含素域。

(2)当char E=p时,则易知, ,故 .由于 是素域,故Z’是素域,从而域E包含素域。

综上所证,定理得证。

这个定理告诉我们,一个域E,当特征是 时,包含一个与有理数域同构的素域,当特征是素数p时,E包含一个与 同构的素域,即有下列推论:

推论1

任意域包含且只包含一个素域,任意域都是一个素域的扩张。

推论2

设E是一个域,则当char E=∞时.E包含一个与Q同构的素域;当char E=p时,E包含一个与 同构的素域。

这个定理同时也说明,任意域都是一个素域的扩张,因此,可以从素域出发来研究扩域,而且如果这样的扩域研究清楚了,也就是弄清楚了所有的域。但实践证明,从素域出发来研究扩域并没有什么特别的优越性,因此,我们不是由素域出发而得到扩域,而是对任意域F出发通过添加来研究其扩域。

性质1

若域△不含真子域,则称△是一个素域。

例如:有理数域Q和以p(素数)为模的剩余类域 都是素域。

性质2

设△是一个素域,若△特征是 ,则△与有理数域同构;若△的特征是素数p,则△与以p为模的剩余类域 同构。

基本题型

1. 证明Q和(P为素数)都是素域。

证:(1)设F是Q的子域,则1∈F,若n是任一整数,于是有,从而对任有理数芋(p,q为整数)·有,故,即:,从而Q=F。

(2)设F是的子域,则[1]∈F,任意元素,有

于是,从而。

2. 设F是特征为素数p的一个域,证明:

作成E的一个子域,且为E中的素域。

证:令,定义映射

易证,是同构映射,从而△是E的子域,再由是素域可知△也是素域。

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