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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 6/8: 一般の五次方程式のガロア群は完全対称群 S5S_5 である
ざっくり言うと

「一般の」という言葉がここで重要な役割を果たしている。係数 a0,…,a4a_0,\dots,a_4 を自由で束縛のない記号(特定の数値ではなく)として扱うということは、五つの根の間にまったく特別な関係がないことを意味する——どの根も他の根と区別する手立てが何もないので、五つの根をどのように並べ替えても等しく有効な対称性となる。この最大限の自由さこそ、五つの対象のすべての 120120 通りの置換からなる群 S5S_5 が捉えているものである。

f(x)=x5+a4x4+a3x3+a2x2+a1x+a0,a0,…,a4 independent indeterminates  ⟹  Gal(f/Q(a0,…,a4))≅S5f(x) = x^5 + a_4x^4 + a_3x^3 + a_2x^2 + a_1x + a_0, \quad a_0,\dots,a_4 \text{ independent indeterminates} \;\Longrightarrow\; \mathrm{Gal}(f/\mathbb{Q}(a_0,\ldots,a_4)) \cong S_5
詳しい解説

「一般の」(あるいは generic な)五次方程式では、a0,…,a4a_0,\ldots,a_4 を特定の数値ではなく Q\mathbb{Q} 上の独立な不定元として扱う。同じことだが、根であるべき五つの独立な不定元 x1,…,x5x_1,\ldots,x_5 から出発し、aia_i を(符号を除いて)xix_i の基本対称関数とすることもでき、このとき F=Q(a0,…,a4)F=\mathbb{Q}(a_0,\ldots,a_4) は Q(x1,…,x5)\mathbb{Q}(x_1,\ldots,x_5) の中に収まる。x1,…,x5x_1,\ldots,x_5 のどの置換も各基本対称関数を固定する(したがって FF を固定する)ため、そしてラグランジュの古典的な定理により、それらがまさに FF を固定するすべての自己同型であることが示されるため、FF 上の分解体 Q(x1,…,x5)\mathbb{Q}(x_1,\ldots,x_5) のガロア群は、五つの根に対する完全対称群 S5S_5 そのものになる——特定の数値的な五次方程式で起こりうるような、より小さい部分群ではない。

このステップの用語
基本対称関数
根 x1,…,xnx_1,\ldots,x_n に関する基本的な式で、x1+⋯+xnx_1+\cdots+x_n や x1x2⋯xnx_1x_2\cdots x_n のように、根のどんな置換のもとでも変わらず、多項式の係数に(符号を除いて)等しいもの。
分解体
基礎体と与えられた多項式のすべての根を含む最小の体のこと。
このステップで使う知識