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解法: アーベル–ルフィニの定理とガロアの可解性判定条件(1824年)

ステップ 3/8: ガロア対応が体を群に変える
ざっくり言うと

ガロア対応は、二つの言語の間の完璧な辞書のようなものである。FF と大きな体 EE の間にある中間体はすべて、自己同型からなる部分群として正確に翻訳され、より大きな体はより小さな群に翻訳される(その逆も同様)。手順2の体の塔をこのように翻訳すると、べき根の塔全体が Gal(E/F)\mathrm{Gal}(E/F) の内部にある群の塔になる。

E/F normal,{subfields K, F⊆K⊆E}  ⟷  {subgroups H≤Gal(E/F)}E/F \text{ normal}, \qquad \{\text{subfields } K,\ F\subseteq K\subseteq E\} \;\longleftrightarrow\; \{\text{subgroups } H \le \mathrm{Gal}(E/F)\}
詳しい解説

正規(ガロア)拡大 E/FE/F に対しては、F⊆K⊆EF\subseteq K\subseteq E を満たす中間体 KK と、G=Gal(E/F)G=\mathrm{Gal}(E/F) の部分群 HH との間に、包含関係を逆転させる一対一対応が存在する。体 KK は、KK を各点で固定する自己同型からなる部分群 Gal(E/K)\mathrm{Gal}(E/K) に対応し、部分群 HH はその固定体に対応する。この対応を手順2で精密化したべき根の塔に適用すると、体の鎖 F=K0′⊆K1′⊆⋯⊆Km′=EF=K_0'\subseteq K_1'\subseteq\cdots\subseteq K_m'=E が、部分群の鎖 G=H0≥H1≥⋯≥Hm=1G=H_0 \ge H_1 \ge \cdots \ge H_m=1 に変換される。ここで各 HiH_i は Hi−1H_{i-1} の正規部分群であり、剰余群は Hi−1/Hi≅Gal(Ki′/Ki−1′)H_{i-1}/H_i \cong \mathrm{Gal}(K_i'/K_{i-1}') という巡回群になる。

このステップの用語
ガロア対応
正規拡大に対して、各中間体を、包含関係を逆転させる形でガロア群の部分群と対応づける辞書のこと。
正規部分群
共役によって変化しない(すべての g∈Gg\in G について gNg−1=NgNg^{-1}=N)GG の部分群 NN のことで、これがまさに剰余群 G/NG/N を作ることを可能にする条件である。
このステップで使う知識