深入伽罗瓦理论

有限域的伽罗瓦群

有限域是最有条理的域,它们的伽罗瓦理论也反映了这一点:一个有限域在另一个有限域上的每个扩张都是循环的,而且有唯一一个典范的对称变换——取 p 次幂——其各次幂产生其余所有对称变换。只要知道这一个映射,即弗罗贝尼乌斯,就知道了整个对称结构。

精确地说,设 F_q 是含 q = p^m 个元素的有限域(p 为素数),考虑扩张 F_{q^n}/F_q。它是 n 次伽罗瓦扩张,其伽罗瓦群是 n 阶循环群,由相对弗罗贝尼乌斯自同构 phi(x) = x^q 生成。幂 phi、phi^2、...、phi^n = id 恰好是这 n 个不同的自同构,而对 n 的每个因子 d,phi^d 的不动域是 F_{q^d}。

这给出了一个完全透明的伽罗瓦对应:包含 F_q 的 F_{q^n} 的子域对应于 n 的因子,与循环群 Z/nZ 的子群格相匹配。就绝对版本而言,F_p 的代数闭包在 F_p 上的伽罗瓦群是整数的射有限完备化,即诸循环群 Z/nZ 的逆极限,由弗罗贝尼乌斯拓扑生成。

Gal(F_{16}/F_2) 是 4 阶循环群,由 x -> x^2 生成;其唯一的 2 阶子群固定中间域 F_4。

F_16 在 F_2 上的子域对应于 4 的因子。