更新时间:2024-08-16 20:10
韦德伯恩定理(Wedderburn Theorem)是Wedderburn提出的一个数学定理。
除环(division ring),又译反称域(skew field)、体,是如下定义的一个环:
至少有一个非零元素,这些非零元素称为单位(Unit)
非零元素都存在逆元素(左逆元素与右逆元素)
它和域(field)的分别在于除环不必要符合交换律。所有域都是除环。不符合交换律的除环(斜体),例子有四元数。
Wedderburn定理:有限体必为域。
证明:
设K为有限体,。
则Z是有限域。令|z|=素数q,则K是q元域Z上的有限维向量空间。设维数是n,则.
对每个元素,令N(a)={x∈K | ax=xa},这显然是K的子体并且包含Z. 因此N(a)也是Z上的有限维向量空间,从而,n(a)是与a有关的正整数。由于K*=K-{0}为阶乘法群,而N(a)*=N(a)-{0}是K*的阶子群,因此 |. 从而n(a) | n.
将乘法群K*的元素分成共轭类。与a∈K*共轭的元素个数为[K*:N(a)*]=,从而有等式(*)
等式(*)的右边的q-1对应Z*中q-1个元素,这q-1个元素自成共轭类。其余元素a的共轭类中元素均多于1个。即对应N(a)≠n. 下面证明n>1时(*)不成立。使用分圆多项式
由于
从而由Mobius变换(取离散对数化为求和)知,其中是Mobius数论函数。于是,其中f,g均为Z[x]中首1多项式。由于∈C[x],故在C[x]中g(x)|f(x),可知在Z[x]中g(x)|f(x).是Z[x]中的首1多项式。
对于n的每个正因子d,如果d|n, d 整除(q-1)。 但是由定义,. 当n≥2时,. 于是 >≥q-1,与整除(p-1)矛盾。故必有n=1. 于是|K|=|Z|,即K=Z,K为域。