深入伽羅瓦理論

有限域的伽羅瓦群

有限域是最有條理的域,它們的伽羅瓦理論也反映了這一點:一個有限域在另一個有限域上的每個擴張都是循環的,而且有唯一一個典範的對稱變換——取 p 次冪——其各次冪產生其餘所有對稱變換。只要知道這一個映射,即弗羅貝尼烏斯,就知道了整個對稱結構。

精確地說,設 F_q 是含 q = p^m 個元素的有限域(p 為素數),考慮擴張 F_{q^n}/F_q。它是 n 次伽羅瓦擴張,其伽羅瓦群是 n 階循環群,由相對弗羅貝尼烏斯自同構 phi(x) = x^q 生成。冪 phi、phi^2、...、phi^n = id 恰好是這 n 個不同的自同構,而對 n 的每個因子 d,phi^d 的不動域是 F_{q^d}。

這給出了一個完全透明的伽羅瓦對應:包含 F_q 的 F_{q^n} 的子域對應於 n 的因子,與循環群 Z/nZ 的子群格相匹配。就絕對版本而言,F_p 的代數閉包在 F_p 上的伽羅瓦群是整數的射有限完備化,即諸循環群 Z/nZ 的逆極限,由弗羅貝尼烏斯拓撲生成。

Gal(F_{16}/F_2) 是 4 階循環群,由 x -> x^2 生成;其唯一的 2 階子群固定中間域 F_4。

F_16 在 F_2 上的子域對應於 4 的因子。