近世代数:伽罗瓦理论及其拓展

自同构

自同构是一个数学结构的对称性:一种把它的元素重新洗牌、却让整个结构看起来和原来一模一样的方式。就像把正方形旋转后又落回自身一样,自同构给元素重新贴标签,却保持每一种运算和关系,以致从内部根本看不出有什么动过。

确切地说,自同构是从一个结构到它自身的同构——一个尊重该结构全部运算的双射(一一对应且满)。对于域,自同构是一个双射 f,对所有 a、b 满足 f(a + b) = f(a) + f(b) 与 f(a·b) = f(a)·f(b);它自动保持 0 和 1 不动,并与每一种代数运算可交换。

一个结构的全体自同构在复合下构成一个群:两个对称性复合得到另一个对称性,恒等映射是对称性,且每个自同构都可还原。在伽罗瓦理论中,我们关注保持基域不动的域自同构,而那个对称性的群正是开启整个理论的钥匙。

复共轭,把 a + b·i 映为 a - b·i,是 C 的一个自同构,它保持每个实数不动。它交换 x^2 + 1 的两个根 i 与 -i,同时保持全部加法与乘法。

复共轭是 C 的一个保持 R 不动的自同构。