Расширение поля в математике
Расшире́ние по́ля в математике, поле, содержащее данное поле в качестве подполя. Запись означает: – расширение поля . Поле в этом случае называется также надполем поля .
Пусть и – два расширения поля . Изоморфизм полей называется изоморфизмом расширений (или -изоморфизмом полей), если тождествен на . Если изоморфизм расширений существует, то расширения называются изоморфными. В случае изоморфизм называется автоморфизмом расширения . Множество всех автоморфизмов расширения образует группу , называемую группой Галуа поля относительно , или группой Галуа расширения . Расширение называется абелевым, если эта группа абелева.
Элемент поля называется алгебраическим над , если он удовлетворяет некоторому алгебраическому уравнению с коэффициентами из поля , и трансцендентным – в противном случае. Для каждого алгебраического элемента существует единственный многочлен со старшим коэффициентом, равным , неприводимый в кольце многочленов и такой, что , и всякий многочлен над , корнем которого является элемент , делится на . Этот многочлен называется минимальным многочленом элемента . Расширение называется алгебраическим, если всякий элемент из алгебраичен над . Расширение, не являющееся алгебраическим, называется трансцендентным. Расширение называется нормальным, если оно алгебраическое и всякий неприводимый в многочлен, обладающий корнем в , разлагается в на линейные множители. Подполе называется алгебраически замкнутым в , если каждый алгебраический над элемент из на самом деле лежит в , т. е. всякий элемент из трансцендентен над . Поле, алгебраически замкнутое в любом своём расширении, является алгебраически замкнутым полем.
Расширение называется конечно порождённым (или расширением конечного типа), если в существует такое конечное подмножество элементов , что совпадает с наименьшим подполем, содержащим и . В этом случае говорят, что порождается множеством над . Если может быть порождено над множеством из одного элемента , то расширение называется простым и обозначается . Простое алгебраическое расширение полностью определяется минимальным многочленом порождающего элемента . Точнее, если – другое простое алгебраическое расширение и , то существует изоморфизм расширений , переводящий в . Далее, для любого неприводимого многочлена существует простое алгебраическое расширение с минимальным многочленом . Оно может быть построено как факторкольцо . С другой стороны, для всякого простого трансцендентного расширения существует изоморфизм расширений , где – поле рациональных функций от над . Любое расширение конечного типа может быть получено с помощью конечной цепочки простых расширений.
Расширение называется конечным, если как алгебра конечномерна над полем , и бесконечным, если эта алгебра бесконечномерна. Размерность этой алгебры называется степенью расширения и обозначается . Каждое конечное расширение является алгебраическим и каждое алгебраическое расширение конечного типа – конечным. Степень простого алгебраического расширения совпадает со степенью соответствующего минимального многочлена. Напротив, простое трансцендентное расширение бесконечно.
Пусть дана последовательность расширений . Расширение является алгебраическим тогда и только тогда, когда и и – алгебраические расширения. Далее, конечно тогда и только тогда, когда конечны и , причём Если и – два алгебраических расширения и – композит полей и в некотором их общем надполе, то также алгебраическое расширение.
См. также Сепарабельное расширение поля.