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交換代數/域上的代數擴張與分裂域概覽

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在交換代數中,域擴張 L/F 是最常見的「背景升級」:在保留 F 運算規則的前提下,把可用元素擴充到更大的域 L。
本頁概覽兩件緊密相關的事:代數擴張與分裂域,並給出最常用的定義、構造思路與典型例子,作為後續 交換代數/伽羅瓦理論入門 的入口。

1. 域擴張與代數元

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設 L/F 為域擴張,α∈L。
若存在非零多項式 f(x)∈F[x] 使 f(α)=0,則稱 α 在 F 上代數;否則稱為超越。
若 L 中每個元素都在 F 上代數,則稱 L/F 為代數擴張。[1]

2. 單擴張、最小多項式與擴張次數

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對 α∈L,記 F(α) 為由 F 與 α 生成的最小子域(單擴張)。
若 α 在 F 上代數,則存在唯一的首一不可約多項式 mα,F(x)∈F[x] 使得 mα,F(α)=0,稱為 α 的最小多項式;且有
[F(α):F]=deg⁡mα,F(x)。[2]

3. 分裂域:讓多項式「全體根到齊」的最小域

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設 f(x)∈F[x]。若在某擴張 K/F 中,f 可寫為一次因子的乘積(在 K[x] 中完全分解),則稱 f 在 K 上分裂。
若 E/F 滿足:

  • f 在 E 上分裂;
  • E 由 f 的所有根生成,即 E=F(α1,…,αn);
  • 在滿足上述條件的擴張中 E 最小;

則稱 E 為 f 在 F 上的分裂域。[3]

4. 分裂域的構造要點(概念版)

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分裂域一定存在,常見構造思路是「逐步加根」:

  1. 若 f 在 F 上不分裂,先取一個不可約因子 p(x);
  2. 令 F1=F[x]/(p(x)),則在 F1 中 p 至少出現一個根;
  3. 將上述過程對尚未分裂的部分重複,最終得到使 f 完全分裂的擴張域;
  4. 把所有根都加入得到的生成域,就是分裂域。[4]

5. 兩個經典例子

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  • f(x)=x2−2∈ℚ[x]:分裂域為 ℚ(2),次數為 2。
  • f(x)=x3−2∈ℚ[x]:僅加入 23 還不夠得到全部復根;其分裂域可表示為 ℚ(23,ω)(ω 為本原三次單位根)。[3]

相關內容可參考:交換代數/伽羅瓦理論入門、交換代數/域與多項式環。

參考資料

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  1. ↑ 交換代數與代數幾何講義(含域擴張相關內容).math.ecnu.edu.cn.於2026年1月19日查閱.
  2. ↑ 近世代數(H) 講義.lyuchangle2006.github.io.於2026年1月19日查閱.
  3. ↑ 3.0 3.1 代數學討論班(4)Galois理論第二章:分裂域與重根.Zhihu 專欄.於2026年1月19日查閱.
  4. ↑ 代數學筆記3: 分裂域原創.CSDN.於2026年1月19日查閱.