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第 8 章:限制映射,把大群的可解性传给分裂域
本章任务:证明 是可解大群的商群,并完整补齐可解群关于子群、商群与扩张的三个引理。
8.1 同一个 E,已经落在 N 中
第 4 章由根式公式假设得到 ,第 6 章得到
,所以
第 2 章证明 Galois,第 6 章证明
Galois。第 7.3 节的全部条件已满足,于是限制映射给出
因此
大群的元素是 上的自同构,目标群的元素是
上的自同构;限制不是把这些映射当作完全相同的对象,而是改变它们作用的输入范围。
8.2 为什么是商群,而不是直接当作子群
一个 的自同构可能有多个延拓到
。若两个
自同构在
上相同,则它们之差
逐点固定
,属于
。因此“它们在
上产生相同作用”对应一个核的陪集。
把同一个陪集内的延拓认作一类,才得到 上的一个自同构。这就是商群在这里出现的原因。一般没有一个自然、保持复合的“任选延拓”方式把
直接嵌入大群。
8.3 补充完整证明:可解群的子群仍可解
原问题 A05:可解群的子群和商群都是可解的是吗
设 是可解列,
。令
。
对 、
,
同时属于
与
:前者由
封闭,后者由
。故
。
定义
换代表元只差一个 的元素,所以良定义;陪集乘法表明它保持运算。核中满足
,又
,故
,所以单射。
目标阿贝尔,定义域也阿贝尔。于是
是一条可解列, 可解。相邻交集若相等,删去重复项即可。
8.4 补充完整证明:可解群的商群仍可解
设 ,
是投影。记
。像保持包含,因此
若 、
,则
所以 。因
阿贝尔,任意
的交换子
。应用
,便知
中的交换子都是单位元,即该商阿贝尔。
于是投影后的列是一条可解列, 可解。这里仅需相邻正规性,没有暗中要求所有
正规于整个
。
8.5 补充完整证明:可解的核与商能拼出可解的整体
设 ,
可解,
可解。令
,取商群的一条可解列
取逆像 ,有
、
。若
、
,其像的共轭仍在
,故
。因此
。
映射 由
再投影得到,满射且核为
;第 7.3 节同样的陪集验证给出
所以这些商都阿贝尔。把 自己的可解列接在
后面,得到
的可解列。因此
不要求 由核与商群的直积构成;这个引理处理的正是一般的群扩张。
8.6 现在才把结论传给原方程
第 7 章给出 可解;第 8.1 节给出
是其商群;第 8.4 节给出可解性在商群下保持。于是
这才完整接上“根式可解”与“Galois 群可解”。三个可解性引理中,这一步具体使用商群引理;子群引理稍后用于 的障碍,扩张引理解释跨层拼接。