域论

不可分扩张

你遇到的大多数域扩张——任何在有理数或有限域之上的——都性态良好:每个元素都是某个根全互异的多项式的根。不可分扩张是病态的反面。它含有一个元素,其极小多项式有重根,使该元素无法干净地与它的“代数孪生”区分开来。这类扩张只生存于不完美域的正特征中,它们正是伽罗瓦理论需要可分性假设的原因。

确切地说,K 的代数扩张 L 不可分,是指 L 中某元素 a 在 K 上不可分,即其极小多项式不是可分多项式——它在代数闭包中有重根。在特征 p 下,这样的 a 的极小多项式总形如 g(x^(p^e)),其中 g 可分、e >= 1;纯不可分的情形是 a^(p^e) 落在 K 中而 a 不在。

不可分扩张行为古怪:嵌入代数闭包的方式数少于次数所暗示的数目,可分次数是全次数的真因子,且迹形式可能退化。标准例子是 F_p(t) 上的 F_p(t^(1/p)):尽管次数为 p,它到闭包的唯一 K 嵌入却是恒等映射。

F_2(t) 上的 F_2(t^(1/2)):t^(1/2) 的极小多项式是 x^2 - t = (x - t^(1/2))^2,有重根,故该扩张是次数为 2 的纯不可分扩张。

一个只有一个嵌入的纯不可分 p 次扩张。

在完美域上根本不存在不可分代数扩张;这本质上就是“完美”的定义。