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Aufgabe:

Hey Leute, ich beschäftige mich zurzeit mit folgender Frage und komme nicht weiter:

Seien q eine Primzahl und m>=2 eine natürliche Zahl.

Betrachtet wird die Körpererweiterung F_q^m\ F_q mit Grad m und 2 Elemente x,y. x sei aus F_q(x) und y aus F_q(y). Dann sind diese beiden Zwischenkörper dieser Erweiterung jeweils F_q^s bzw. F_q^r mit r,s Teiler von m. Offensichtlich liegt dann x+y im Zwischenkörper F_q^(kgV(s,r)).

Jetzt ist meine Vermutung, dass der kleinste Zwischenkörper, dass x+y enthält ( also F_q(x+y) ) bereits in F_q^(kgV(s,r)) enthalten. F_q(x+y) ist sicher wieder von der Form F_q^t für ein Teiler t von m, aber diese Teilmengenrelation konnte ich bisher weder sauber beweisen, noch ein Gegenbeispiel finden.

Habt ihr dazu irgendwelche Gedanken?

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Verstehe ich deine Frage, richtig, dass du dich fragst, ob gilt (in allgemeinerer Notation):

Wenn \(\mathfrak{k}\) ein Körper ist, dann ist \(\mathfrak{k}(a+b)\) isomorph zu einem Unterkörper von \(\mathfrak{k}(a,b)\)?

Falls das deine Frage ist, dann ja. Der Beweis ist denkbar einfach:

Der Körper \(\mathfrak{k}(a,b)\) enthält das Element \(a+b\), damit ist automatisch:


$$\mathfrak{k}(a+b) \cong \bigcap\limits_{\substack{K\stackrel{\text{subfield}}{\subseteq} \mathfrak{k}(a,b), \\ a+b\in K}}K. $$


Das ist, jenachdem wen du fragst, die Definition von \(\mathfrak{k}(a+b)\). Was da etwas frickelig ist zu zeigen, dass diese "Schnittdefinition" unabhängig vom ambient field (in diesem Fall \(\mathfrak{k}(a,b)\)), wo deine Elemente \(x\) und \(y\) gemeinsam "leben", ist. Aber wenn das klar ist, ist nicht mehr zu tun.

Wenn du das möchtest, eine Einbettung von \(\mathfrak{k}(a+b)\) kannst du alternativ auch sehr einfach angeben:

Du nimmst dir den "Polynomring" \(\mathfrak{k}[a+b]\) und definierst jetzt den Ringhomomorphismus\(\Psi:\mathfrak{k}[a+b]\to\mathfrak{k}(a,b)\) eindeutig durch \(\Psi(a+b)=a+b\). Dieser Ringhomomorphismus ist klar injektiv, da sie die Verknüpfung der beiden Einbettungen \(\mathfrak{k}[a+b]\to\mathfrak{k}[a,b]\to\mathfrak{k}(a,b)\) ist. In Worten: Ein Polynomieller Ausdruck in der einen Variable \((a+b)\) ist ein polynomieller Ausdruck in den zwei Variablen \((a,b)\) und da \(\mathfrak{k}[a,b]\) ein Integritätsbereich ist, ist es ein Subring des eigenen Quotientenkörpers \(\mathfrak{k}(a,b)\).

Folglich setzt sich dieser Ringhomormorphismus eindeutig auf einen Ringhomomorphismus des Quotientenkörpers fort, \(\widehat{\Psi}:\mathfrak{k}(a+b)\to\mathfrak{k}(a,b)\). Ringhomomorphismen zwischen Körpern sind immer injektiv, \(\widehat{\Psi}\) ist also eine Einbettung und damit \(\mathfrak{k}(a+b)\) isomorph zu einem Unterkörper.

Das alles um nicht viel zu beschreiben, denn die Abbildung macht eigentlich gar nichts.

Kleiner Nachtrag zum klären.

Wenn du obigen Fakt weißt, dann bist du fertig, denn:

Du weißt \(\mathbb{F}_q\subseteq\mathbb{F}_{q^{\mathrm{kgV}(s,r)}}\) und \((x+y)\in\mathbb{F}_{q^{\mathrm{kgV}(s,r)}}\). Damit weißt du durch oberen Fakt sofort, dass \(\mathbb{F}_q(x+y)\) (isomorph zu einem) Unterkörper von \(\mathbb{F}_{q^{\mathrm{kgV}(s,r)}}\) ist.

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