深入伽羅瓦理論

線性不交擴張

一個域的兩個擴張稱為線性不交的,當它們除基域之外不共享任何隱藏的代數關係——它們是「獨立的方向」。於是把它們合併既不損失什麼也不重複什麼:維數直接相乘,正如獨立向量空間之積的維數是各維數之積。

形式地說,設 L 與 M 是 K 的兩個擴張,位於一個公共域內。稱它們在 K 上線性不交,若 L 的任一 K-基在 M 上仍線性無關(等價地,自然映射 L tensor_K M -> LM 是單射,從而把張量積與合成域等同)。對有限擴張,一個乾淨的推論是次數公式 [LM : K] = [L : K] 乘以 [M : K];事實上,在適當的可分性假設下,對有限擴張而言線性不交等價於次數恰好相乘。

一個有用的充分條件:若 L/K 是伽羅瓦的,M/K 是同一閉包內的任意擴張,則 L 與 M 在 K 上線性不交當且僅當 L cap M = K,此時 Gal(LM/M) 通過限制同構於 Gal(L/K)。需注意:對一般(非伽羅瓦)擴張,僅有 L cap M = K 不足以迫使線性不交——立方根的例子(兩個非伽羅瓦的三次域可在 Q 中相交卻無法乾淨地相乘次數)是標準的告誡。

Q(sqrt(2)) 與 Q(sqrt(3)) 在 Q 上線性不交:它們的交是 Q,且 [Q(sqrt(2), sqrt(3)) : Q] = 2 x 2 = 4。

獨立的二次擴張使次數相乘,得到 4 次合成域。