ガロア理論:体の拡大で起こっていること

質問

ガロア理論の考えでは,基礎体K上の既約多項式の根をすべて添加したガロア体Σをつくる.そのガロア体を基にΣ/Kの自己同型群Gを今度は考える.その自己同型群の中に正規部分群N1を探し,その正規部分群で群Gの剰余群G/N1＝G1を作る.また,G1の中に正規部分群を探し,N2とする.G1/N1の剰余群を作り,このやり方を繰り返し,群Gを小さくし,最終的には,単位元のみの群Eまで小さくすると理解しています.
さて,正規部分群を使って,小さくしていく場合,対応する体側ではどのような拡大が起こっているのでしょうか.可解であるためには,剰余群の次数が素数であることが求められますが,対応する体の拡大はその素数乗根の共役根による拡大になっているといっていいのでしょうか.

回答No.1

ramayana · ベストアンサー

必ずしも言えないと思います。

一般に、 p を素数として、

　　[1]　　K の標数が 0
　　[2]　　1 の p 乗根がすべて K に含まれる
　　[3]　　Σが K の p 次ガロア拡大体

という条件が満たされるとき、

　　[4]　　K の元 a が存在し、Σ = K(a^(1/p))

が言えます。
しかし、[3] の条件だけで [4] は言えません。例えば、次のような例があります。 Q を有理数体として、 Q 上の多項式 F(X) を次のように置きます。

　　F(X) = X^3 - 3X + 1

F(X) の根のひとつをαとすると、 Q(α) は、 Q 上の 3 次ガロア拡大体です（注１）。しかし、 Q(α) には、 a^(1/3) （aは、立方数以外の有理数）というタイプの数が含まれません(注２）。

(注１）　F(x) の他の２根は、α^2 - 2 と -α^2 - α + 2 であって、どちらも Q(α) に含まれる。したがって、 Q(α) は、 Q 上のガロア拡大体である。

（注２）　ω = exp(2πi/3) とする。もし、 a^(1/3) が Q(α) の元だとすると、それの Q 上の共役元であるところの ωa^(1/3) と ω^2a^(1/3) も Q(α) に含まれなければならない（ Q(α) が Q 上の正規拡大体だから）。しかし、Q(α) が実数のみからなる体であるから、これは不可能（ F(X) の根が３つとも実数であることに注意）。

お礼

早速のご回答有り難うございました.
標数の仮定と1のp乗根の仮定はずぼらして抜かしていました.
理解できました.