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Rappelons que si $K$ est un anneau et $A,B$ deux $K$-algèbres, on note également $\japmath{田}A(B)$ l'ensemble $\Hom_K(A,B)$ des homomorphismes de $K$-algèbres. @@ -65,54 +65,54 @@ homomorphismes de $K$-algèbres. \subsection{Conjugués d'un élément} \begin{définition2} -Deux éléments $x$ et $y$ de $Ω$ sont dits \emph{conjugués sur $k$} -s'il existe un $k$-automorphisme $σ$ de $Ω$ tel que +Deux éléments $x$ et $y$ de $Ω$ sont dits \emph{conjugués sur $k$} +s'il existe un $k$-automorphisme $σ$ de $Ω$ tel que $σ(x)=y$. \end{définition2} \begin{proposition2}\label{prolongement-plongement} -Soit $K$ une sous-$k$-extension de $Ω$. Tout morphisme -$k$-linéaire $ι:K→Ω$ s'étend en un $k$-morphisme $σ_ι:Ω→Ω$. -Tout $k$-morphisme $Ω→Ω$ est un isomorphisme. +Soit $K$ une sous-$k$-extension de $Ω$. Tout morphisme +$k$-linéaire $ι:K→Ω$ s'étend en un $k$-morphisme $σ_ι:Ω→Ω$. +Tout $k$-morphisme $Ω→Ω$ est un isomorphisme. \end{proposition2} \begin{démo} -L'existence d'un $k$-morphisme $Ω→Ω$ étendant $ι$ +L'existence d'un $k$-morphisme $Ω→Ω$ étendant $ι$ résulte du lemme de prolongement des plongements (\refext{Alg}{plongement-dans-cloture-algebrique}). -La surjectivité d'un $k$-morphisme $f:Ω→Ω$ -est conséquence du fait que $f(Ω)$ est une clôture algébrique -de $k$, contenue dans $Ω$, donc nécessairement égale à $Ω$. +La surjectivité d'un $k$-morphisme $f:Ω→Ω$ +est conséquence du fait que $f(Ω)$ est une clôture algébrique +de $k$, contenue dans $Ω$, donc nécessairement égale à $Ω$. (Voir aussi \ref{Hom=Aut} \emph{infra} pour une généralisation.) \end{démo} Une telle extension est non unique en général. Nous verrons -plus tard qu'elle est unique \ssi $Ω$ est \emph{radiciel} sur $K$. +plus tard qu'elle est unique \ssi $Ω$ est \emph{radiciel} sur $K$. \begin{corollaire2}\label{caracterisation-conjugaison} -Soient $x,y∈Ω$ et $K$ un sous-corps de $Ω$ contenant $k(x)$. +Soient $x,y∈Ω$ et $K$ un sous-corps de $Ω$ contenant $k(x)$. Les éléments $x$ et $y$ sont conjugués sur $k$ \ssi -il existe un $k$-plongement $ι:K→Ω$ tel que $ι(x)=y$. +il existe un $k$-plongement $ι:K→Ω$ tel que $ι(x)=y$. \end{corollaire2} \begin{proposition2} -Deux éléments de $Ω$ sont conjugués sur $k$ +Deux éléments de $Ω$ sont conjugués sur $k$ \ssi ils ont même polynôme minimal sur $k$. \end{proposition2} \begin{démo}Soient $x$ et $y$ deux éléments conjugués : $y=σ(x)$ -où $σ∈\Aut_k(Ω)$. En appliquant $σ$ à l'identité +où $σ∈\Aut_k(Ω)$. En appliquant $σ$ à l'identité $μ_{x,k}(x)=0$, on obtient : $$0=σ\big(μ_{x,k}(x)\big)=μ_{x,k}\big(σ(x)\big)=μ_{x,k}(y).$$ (La seconde égalité résulte de la $k$-linéarité de $σ$.) Il en résulte que $y$ est racine de $μ_{x,k}$. Ce dernier étant unitaire, irréductible sur $k$, on a $μ_{y,k}=μ_{x,k}$. -Réciproquement, si $x$ et $y$ sont deux éléments de $Ω$ +Réciproquement, si $x$ et $y$ sont deux éléments de $Ω$ tels que $μ_{x,k}=μ_{y,k}$, le morphisme composé $$ -k(x) ⥲ k_{μ_{x,k}}=k_{μ_{y,k}} ⥲ k(y)↪Ω, +k(x) ⥲ k_{μ_{x,k}}=k_{μ_{y,k}} ⥲ k(y)↪Ω, $$ envoie $x$ sur $y$. La seconde (resp. première) flèche est induite par l'isomorphisme canonique (resp. son @@ -121,14 +121,14 @@ où $z=y$ (resp. $z=x$). \end{démo} \begin{corollaire2}\label{conjugues=racines} -L'ensemble des conjugués sur $k$ d'un élément $x$ de $Ω$ coïncide -avec l'ensemble des racines dans $Ω$ de son polynôme minimal $μ_{k,x}$. +L'ensemble des conjugués sur $k$ d'un élément $x$ de $Ω$ coïncide +avec l'ensemble des racines dans $Ω$ de son polynôme minimal $μ_{k,x}$. Cet ensemble est fini, de cardinal inférieur ou égal à $\deg μ_{k,x}=[k(x):k]$. L'égalité a lieu \ssi $x$ est séparable sur $k$. \end{corollaire2} -Le nombre de racines distinctes dans $Ω$ d'un polynôme non nul étant égal au degré +Le nombre de racines distinctes dans $Ω$ d'un polynôme non nul étant égal au degré de ce polynôme \ssi ses racines sont simples, la remarque sur le cas d'égalité est évidente. @@ -138,7 +138,7 @@ On peut être plus précis. \label{polynôme minimal et conjugués dans cas général} Le polynôme minimal d'un élément $x$ sur $k$ est \[ -\big( ∏_{y ∈ \Hom_k(K,Ω).x} (X-y) \big)^{[k(x):k]_i} +\big( ∏_{y ∈ \Hom_k(K,Ω).x} (X-y) \big)^{[k(x):k]_i} \] où l'exposant est le degré d'inséparabilité de l'extension. \end{proposition2} @@ -148,7 +148,7 @@ où l'exposant est le degré d'inséparabilité de l'extension. \end{démo} \begin{proposition2} -Les points fixes de $\Hom_k(K,Ω)$ sont +Les points fixes de $\Hom_k(K,Ω)$ sont la clôture radicielle. \end{proposition2} @@ -178,12 +178,12 @@ $y∈R⊆K$ tel que $x=ι(y)$. \subsubsection{Trace et norme, suite} \begin{proposition2} -Soit $K\bo k$ une extension finie de corps et $Ω$ une clôture algébrique de $k$. +Soit $K\bo k$ une extension finie de corps et $Ω$ une clôture algébrique de $k$. Pour tout $x ∈ K$, on a \[ \Tr_{K\bo k}(x)=[K:k]_i ∑_{σ} σ(x), \] -où $σ$ parcourt l'ensemble fini $\Hom_k(K,Ω)$ +où $σ$ parcourt l'ensemble fini $\Hom_k(K,Ω)$ et $[K:k]_i$ désigne le degré inséparable de l'extension. \end{proposition2} @@ -208,17 +208,17 @@ de base} de $k$ à $K$ dans le cas particulier où $K'=K$. \end{convention2} \begin{proposition2}\label{caracterisation-extension-normale} -Soit $K\bo k$ une sous-extension de $Ω$. +Soit $K\bo k$ une sous-extension de $Ω$. Les conditions suivantes sont équivalentes : \begin{enumerate} -\item pour tout $k$-plongement $ι:K↪Ω$, on a $ι(K)⊆K$ ; -\item pour tout $k$-automorphisme $σ$ de $Ω$, on a $σ(K)⊆K$ ; -\item l'inclusion naturelle $\Aut_k(K)=\japmath{田}K(K)↪\japmath{田}K(Ω)$ est une bijection ; +\item pour tout $k$-plongement $ι:K↪Ω$, on a $ι(K)⊆K$ ; +\item pour tout $k$-automorphisme $σ$ de $Ω$, on a $σ(K)⊆K$ ; +\item l'inclusion naturelle $\Aut_k(K)=\japmath{田}K(K)↪\japmath{田}K(Ω)$ est une bijection ; \item pour tout $x∈K$, le polynôme minimal $μ_{x,k}$ de $x$ sur $k$ est scindé sur $K$ ; \item tout polynôme irréductible de $k[X]$ ayant une racine dans $K$ est scindé sur $K$ ; -\item pour tout $x∈K$, les $k$-conjugués de $x$ dans $Ω$ appartiennent à $K$ ; +\item pour tout $x∈K$, les $k$-conjugués de $x$ dans $Ω$ appartiennent à $K$ ; \item pour tout $𝔭∈\Spec(K⊗_k K)$, l'extension résiduelle $κ(𝔭)\bo K$ est triviale ; -\item l'application $\japmath{田}(K⊗_k K)(K)↪\japmath{田}(K⊗_k K)(Ω)$ est une bijection ; +\item l'application $\japmath{田}(K⊗_k K)(K)↪\japmath{田}(K⊗_k K)(Ω)$ est une bijection ; \item l'application $\Aut_k(K) → \Spec(K ⊗_k K)$, $g ↦ 𝔭_g:=\Ker\big(m_g:λ⊗μ\mapsto g(λ)\cdot μ\big)$ est une bijection. \end{enumerate} @@ -240,15 +240,15 @@ et \ref{caracterisation-conjugaison}. % On utilise le fait que $K$ est la réunion de ses sous-$k$-extensions monogènes. (vii)⇔(viii). Notons $A$ la $K$-algèbre $K ⊗_k K$ ; elle est entière sur $K$ (\refext{Alg}{entier sur corps stable par cb}). -L'application noyau $\japmath{田}A(Ω)→\Spec(A)$, $φ ↦ \Ker(φ)$ +L'application noyau $\japmath{田}A(Ω)→\Spec(A)$, $φ ↦ \Ker(φ)$ est donc surjective. En effet, sa fibre au-dessus d'un élément $𝔭$ de $\Spec(A)$ est, par propriété universelle du quotient, en bijection -avec l'ensemble $\Hom_K(A/𝔭,Ω)$. Or, l'anneau $A/𝔭$ est intègre +avec l'ensemble $\Hom_K(A/𝔭,Ω)$. Or, l'anneau $A/𝔭$ est intègre et entier sur $K$ ; c'est donc un corps (\refext{Alg}{polynome-minimal}). D'après \refext{Alg}{plongement-dans-cloture-algebrique}, -l'ensemble $\Hom_K(A/𝔭,Ω)$ est donc non vide. +l'ensemble $\Hom_K(A/𝔭,Ω)$ est donc non vide. Les idéaux premiers de $A$ sont donc tous $K$-rationnels -si et seulement si l'inclusion $\japmath{田}A(K)↪\japmath{田}A(Ω)$ +si et seulement si l'inclusion $\japmath{田}A(K)↪\japmath{田}A(Ω)$ est une bijection. (viii)⇔(iii) Soit $B$ une $K$-algèbre et ${_{[k]}B}$ la $k$-algèbre déduite de $B$ par restriction des scalaires. L'application $\japmath{田}K({_{[k]}B})→\japmath{田}A(B)$, @@ -269,10 +269,10 @@ si $B → B ′$ est un morphisme de $K$-algèbres, le diagramme \draw[->] (KBp) -- (ABp); \end{tikzpicture} \end{center} -est commutatif. La conclusion résulte aussitôt en posant $B=K$ et $B ′=Ω$. +est commutatif. La conclusion résulte aussitôt en posant $B=K$ et $B ′=Ω$. (viii)⇔(ix). L'application $G=\japmath{田}K(K) → \japmath{田}A(K)$ n'est autre que $g ↦ (λ⊗μ↦g(λ)μ)$. L'application composée -$\japmath{田}K(K) → \japmath{田}A(Ω) ⥲ \Spec(A)$ +$\japmath{田}K(K) → \japmath{田}A(Ω) ⥲ \Spec(A)$ est celle de l'énoncé. [À vérifier] \XXX Notons que l'injectivité de $G → \Spec(K ⊗_k K)$ est claire : si $g(λ)≠g'(λ)$, l'élément $λ⊗1-1⊗g(λ)$ appartient à $𝔭_g$ mais pas à $𝔭_{g'}$. @@ -306,7 +306,7 @@ les éléments $j\sqrt[3]{2}$ et $\sqrt[3]{2}$ ont même polynôme minimal $X³-2$ sur $𝐐$ mais $j\sqrt[3]{2}∉𝐐(\sqrt[3]{2})$. \item Par définition, toute extension de décomposition d'un polynôme $f∈k[X]$ est normale. -\item L'extension $Ω\bo k$ est normale. +\item L'extension $Ω\bo k$ est normale. \end{enumerate} \end{exemples2} @@ -319,10 +319,10 @@ des polynômes minimaux de ses éléments. \end{proposition2} \begin{démo} -Soit $R_f$ l'ensemble des racines des $f_i$ dans $Ω$. +Soit $R_f$ l'ensemble des racines des $f_i$ dans $Ω$. Par unicité de la $k$-extension de décomposition (\ref{unicite-extension-decomposition}), il suffit de démontrer que l'extension $K=k(R_f)\bo k$ est normale. -Or, pour tout $k$-morphisme $ι$ de $K$ dans $Ω$, +Or, pour tout $k$-morphisme $ι$ de $K$ dans $Ω$, on a $ι(R_f)⊆R_f$ donc $ι(K)⊆K$. CQFD. \end{démo} @@ -344,9 +344,9 @@ Les deux premières assertions résultent de la proposition précédente et de \ref{unicite-extension-decomposition}. Supposons maintenant $k'\bo k$ normale. Fixons des plongements de $K$ et -$k'$ dans $Ω$ et considérons $K'=Kk'$ dans $Ω$. Si suffit de montrer que $K'\bo k$ +$k'$ dans $Ω$ et considérons $K'=Kk'$ dans $Ω$. Si suffit de montrer que $K'\bo k$ est normale car toute extension composée sur $k$ de $K$ et $k'$ lui est $k$-isomorphe. -Soit $σ$ un $k$-automorphisme de $Ω$. Puisque $σ(k')⊆k'$ et $σ(K)⊆K$, on a bien +Soit $σ$ un $k$-automorphisme de $Ω$. Puisque $σ(k')⊆k'$ et $σ(K)⊆K$, on a bien $σ(K')⊆K'$. \end{démo} @@ -366,24 +366,24 @@ Cela résulte immédiatement du critère (iii) de normalité : si un polynôme sur $⋂_i K_i$. \end{démo} -\subsubsection{}Étant donné une famille de sous-extensions \emph{normales} $K_i\bo k$ de $Ω$, +\subsubsection{}Étant donné une famille de sous-extensions \emph{normales} $K_i\bo k$ de $Ω$, on a vu ci-dessus le corps $K=⋂_i K_i$ est également normal sur $k$. -Si $X$ est une partie quelconque de $Ω$, -il existe donc un plus petit sous-corps de $Ω$ la contenant -et normal sur $k$. (Rappelons que l'extension $Ω\bo k$ est normale.) +Si $X$ est une partie quelconque de $Ω$, +il existe donc un plus petit sous-corps de $Ω$ la contenant +et normal sur $k$. (Rappelons que l'extension $Ω\bo k$ est normale.) On vérifie sans peine qu'il coïncide avec le corps engendré sur $k$ par les conjugués des éléments de $X$ ou bien encore avec le corps -de décomposition sur $k$ contenu dans $Ω$ des polynômes minimaux +de décomposition sur $k$ contenu dans $Ω$ des polynômes minimaux des éléments de $X$. On l'appelle \emph{extension normale engendrée par $X$} ou bien, si $X$ est un corps $k'$ contenant $k$, -\emph{clôture normale de l'extension $k'\bo k$ dans $Ω$}. +\emph{clôture normale de l'extension $k'\bo k$ dans $Ω$}. Plus généralement, on appelle clôture normale d'une extension algébrique $k'\bo k$ toute extension $K/k'$ qui soit normale sur $k$ et minimale pour cette propriété. Puisque -qu'un tel corps $K$ se plonge dans $Ω$, il est aisé de vérifier +qu'un tel corps $K$ se plonge dans $Ω$, il est aisé de vérifier que deux clôtures normales d'une même extension algébrique $k'\bo k$ sont $k'$-isomorphes. @@ -546,7 +546,7 @@ Le fait que $k$ soit contenu dans $\Fix_G(K)$ est équivalent \begin{démo}[Première démonstration] Il s'agit de démontrer que pour tout $x∈K-k$, il existe $σ∈G$ tel que $σ(x)≠x$. Puisque $x$ est séparable sur $k$, il -a exactement $[k(x):k]$ conjugués sur $k$ dans $Ω$ (\ref{conjugues=racines}). Soit $y$ l'un d'entre +a exactement $[k(x):k]$ conjugués sur $k$ dans $Ω$ (\ref{conjugues=racines}). Soit $y$ l'un d'entre eux. Par définition, il existe un $σ∈G$ tel que $y=σ(x)≠x$. CQFD. \end{démo} \begin{démo}[Seconde démonstration, par descente fidèlement plate (esquisse)] @@ -1117,9 +1117,9 @@ automorphisme intérieur près. Conformément à l'usage, mais en contradiction la convention \refext{Cat}{blabla-unicite-objet-universel}, nous nous autorisons cependant à parler \emph{du} groupe de Galois d'une équation, même si ce dernier n'est pas abélien. Une façon de procéder pour résoudre cette difficulté est de fixer une clôture algébrique -de $K$, ou plus généralement toute extension $Ω$ de $K$ sur laquelle $f$ est scindé, -et de considérer le groupe de Galois $\Gal(f,Ω)$ de $f$ « pointė » en $Ω$, \cad -le groupe de Galois de l'unique corps de décomposition de $f$ dans $Ω$. +de $K$, ou plus généralement toute extension $Ω$ de $K$ sur laquelle $f$ est scindé, +et de considérer le groupe de Galois $\Gal(f,Ω)$ de $f$ « pointė » en $Ω$, \cad +le groupe de Galois de l'unique corps de décomposition de $f$ dans $Ω$. \subsubsection{}Le fait trivial suivant est d'importance capitale : l'ensemble $R_f$ est stable sous l'action de $G_f$. Cela résulte du fait @@ -1680,7 +1680,7 @@ Déterminer le groupe de Galois du polynôme $X³-2∈𝐐[X]$. \begin{exercice3}\label{borne-degre-elements} Soient $p$ un nombre premier et $k=\FF_p((t_i)_{i∈𝐍})$ le corps des fractions de l'anneau de polynômes en une infinité -de variables $\FF_p[(t_i)_{i∈𝐍}]$. Soit $Ω$ une clôture +de variables $\FF_p[(t_i)_{i∈𝐍}]$. Soit $Ω$ une clôture algébrique de $k$ et $K$ le corps engendré sur $k$ par les éléments $t_i^{1/p}$ ($i∈𝐍$). Montrer que pour tout $x∈K$, on a $x^p∈k$ mais que $[K:k]=+∞$. @@ -1748,12 +1748,12 @@ de Galois. La décroissance de ces applications est évidente. Vérifions le dernier point. Soit $k'$ une sous-$k$-extension de $K$ et notons $H=\Gal(K\bo k')$ le sous-groupe de $G$ correspondant de sorte que $k'=\Fix_H(K)$. -Soit $Ω$ une clôture algébrique de $K$. Puisque $K\bo k$ -est normale et contient $k'$, l'inclusion $\Hom_k(k',K)→\Hom_k(k',Ω)$ +Soit $Ω$ une clôture algébrique de $K$. Puisque $K\bo k$ +est normale et contient $k'$, l'inclusion $\Hom_k(k',K)→\Hom_k(k',Ω)$ est une bijection ; d'autre part l'application $\Gal(K\bo k)=\Hom_k(K,K)→\Hom_k(k',K)$ est une surjection (\ref{prolongement-plongement}). Il en résulte -que tout $k$-plongement $ι:k'↪Ω$ est la restriction d'un élément +que tout $k$-plongement $ι:k'↪Ω$ est la restriction d'un élément $g∈G$. Ainsi, l'extension $k'\bo k$ est normale \ssi pour tout $g∈G$, $g(k')=k'$. Puisque $k'=\Fix_H(K)$, cette condition se réécrit : $\Fix_{gHg^{-1}}(K)=\Fix_{H}(K)$, @@ -1761,8 +1761,8 @@ pour tout $g∈G$. Par bijectivité de l'application $H↦\Fix_H(K)$, on a $\Fix_{gHg^{-1}}(K)=\Fix_{H}(K)$ \ssi $gHg^{-1}=H$. Le groupe $H$ est donc distingué dans $G$. Enfin, si $k'\bo k$ est normale, donc galoisienne, -on a $\Hom_k(k',Ω)=\Gal(k'\bo k)$ de sorte -que l'application (surjective) de restriction $\Hom_k(K,Ω)→\Hom_k(k',Ω)$ +on a $\Hom_k(k',Ω)=\Gal(k'\bo k)$ de sorte +que l'application (surjective) de restriction $\Hom_k(K,Ω)→\Hom_k(k',Ω)$ s'identifie à une application $G=\Gal(K\bo k)→\Gal(k'\bo k)$, dont on vérifie immédiatement que c'est un morphisme de groupes. Son noyau étant l'ensemble $\Gal(K\bo k')$ des applications $k'$-linéaires de $G$, @@ -2003,7 +2003,7 @@ de sorte que $σ$ induit bien un isomorphisme $K' ⥲ K'$. \end{démo} \begin{lemme3}\label{premier-exemple-extensions-lineairement-disjointes} -Soient $Ω\bo k$ une extension de corps et $K₁,K₂$ deux sous-$k$-extensions. +Soient $Ω\bo k$ une extension de corps et $K₁,K₂$ deux sous-$k$-extensions. \begin{enumerate} \item Si $K₁⊗_k K₂$ est un corps, $K₁∩K₂=k$. \item Si $K₁\bo k$ est galoisienne et $K₁∩K₂=k$, le produit tensoriel $K₁⊗_k K₂$ est un \emph{corps}. @@ -2012,7 +2012,7 @@ Soient $Ω\bo k$ une extension de corps et $K₁,K₂$ deux sous-$k$-extensions \begin{démo} (i) Soit $K=K₁∩K₂$ et considérons $x∈K$. L'élément $1⊗x-x⊗1$ de $K₁⊗_k K₂$ est d'image nulle par l'application -produit dans le corps $Ω$. Si $K₁⊗_k K₂$ est un corps, une telle application est +produit dans le corps $Ω$. Si $K₁⊗_k K₂$ est un corps, une telle application est nécessairement injective, si bien que $1⊗x-x⊗1$ est nul dans $K₁⊗_k K₂$ donc dans le sous-anneau $K⊗_k K$ auquel il appartient. Or, si $x∉k$, les vecteurs $v₁=1$ et $v₂=x$ de $K$ sont linéairement indépendants sur $k$ |