\begin{eqnarray*} \left\{ \begin{array}{l} \alpha&=\frac{{{v}^{4}}+15 {{v}^{2}}-9 v+36}{18}\\ \beta&=-\frac{{{v}^{4}}+15 {{v}^{2}}+36}{9}\\ \gamma&=\frac{{{v}^{4}}+15 {{v}^{2}}+9 v+36}{18}\\ \end{array} \right. \end{eqnarray*}
\begin{align*} v_{1}&=v & v_{2}&=\frac{-v^4}{6}-\frac{5v^2}{2}+\frac{v}{2}-6\\ v_{3}&=\frac{v^4}{6}+\frac{5v^2}{2}+\frac{v}{2}+6 & v_{4}&=\frac{v^4}{6}+\frac{5v^2}{2}-\frac{v}{2}+6\\ v_{5}&=-\frac{v^4}{6}-\frac{5v^2}{2}-\frac{v}{2}-6 & v_{6}&=-v \end{align*}
\begin{align*} &g_0(v_i)=0 \quad for \ (i=1,2,..,6) \\ &\qquad \qquad \Downarrow\ \\ &S_3: Galois \ group \ of \ f(x) \\ &\qquad composition \ series \ S_3 \rhd A_3 \rhd \{e\} \end{align*}
\[ g_{1}(x)=x^3+9x+a_{1} \in F_{1}[x] \]
\[\quad g_1(x):minimal \ polynomial \ of \ v \ on \ F_1=F_0(a_1)\\ \quad Here \ \ B_1=a_{1}^2 +135=0 \]
\[g_{2}(x)=x+{{a}_{2}^{2}}\, \left( -\frac{\omega }{3}+\frac{{a_1}}{18}-\frac{1}{6}\right) +{a_2} \in F_{2}[x]\]
\[ \quad g_2(x):minimal \ polynomial \ of \ v \ on \ F_2=F_0(a_1,a_2)\\ \quad Here \quad B_2=a_2^3-\frac{6 \omega +{a_1}+3}{2}=0, \ \Omega=\omega^2+\omega+1=0 \]
\begin{align*} v=&\frac{{{a}_{2}^{2}} \omega }{3}-\frac{{a_1} {{a}_{2}^{2}}}{18}+\frac{{{a}_{2}^{2}}}{6}-{a_2} \\ \\ \alpha=&-\frac{{a_1} \left( {{a}_{2}^{2}} \omega -{{a}_{2}^{2}}\right) +\left( 9 {{a}_{2}^{2}}-18 {a_2}\right) \omega +9 {{a}_{2}^{2}}-36 {a_2}}{54}\\ \beta=&\frac{{a_1} \left( 2 {{a}_{2}^{2}} \omega +{{a}_{2}^{2}}\right) -36 {a_2} \omega +9 {{a}_{2}^{2}}-18 {a_2}}{54}\\ \gamma=&-\frac{{a_1} \left( {{a}_{2}^{2}} \omega +2 {{a}_{2}^{2}}\right) +\left( -9 {{a}_{2}^{2}}-18 {a_2}\right) \omega +18 {a_2}}{54}\\ \\ Here &\quad B_1=a_{1}^2 +135=0,\\ &B_2=a_2^3-\frac{6 \omega +{a_1}+3}{2}=0, \\ &\Omega=\omega^2+\omega+1=0 \end{align*}
(覚書:冪根の実態は?)
前頁で、自己同型写像の候補として式(6)で定式化した \(\{\rho_{1}, \rho_{2},..., \rho_{6}\}\) は、
対称群 \(S_3\) をなすことが確認され、前頁の(1)~(3)の主張は満足される事が確認されました。
次にこの \(\{\rho_{1}, \rho_{2},..., \rho_{6}\}\) は、前頁四角枠の主張(4)も満足するか
確認してゆきます。
\(f(x)\) の根 \([\ \alpha,\beta,\gamma \ ]\) は、RT1-6の式(63)-(65)で \(v\) の
多項式として表現されているので、\(F_0(v)\)は\(f(x)\) の最小分解体である事が判りました。残るは、
\( \{ \rho_1,..,\rho_6\}\) が、\(f(x)\) の3根の
置換群になっていることが確認できれば良い事になります。
そこで \( \{ \rho_1,..,\rho_6\}\) が、3根に対してどの様に作用するのか計算してみます。
具体例として\(\rho_3(\alpha)\) を計算してみます。
\begin{align} \setCounter{14} \alpha=&\frac{{{v}^{4}}}{18}+\frac{5 {{v}^{2}}}{6}-\frac{v}{2}+2 \\ \rho_3(\alpha)=&\rho_3(\frac{{{v}^{4}}}{18}+\frac{5 {{v}^{2}}}{6}-\frac{v}{2}+2)=\frac{{{v_3}^{4}}}{18}+\frac{5 {{v_3}^{2}}}{6}-\frac{v_3}{2}+2\\ \notag \\ v_3=& \frac{{{v}^{4}}}{6}+\frac{5 {{v}^{2}}}{2}+\frac{v}{2}+6 なので\\ \notag \\ \rho_3(\alpha)=\alpha(v_3)=&\frac{{{\left( \frac{{{v}^{4}}}{6}+\frac{5 {{v}^{2}}}{2}+\frac{v}{2}+6\right) }^{4}}}{18}+\frac{5 {{\left( \frac{{{v}^{4}}}{6}+\frac{5 {{v}^{2}}}{2}+\frac{v}{2}+6\right) }^{2}}}{6} \notag \\ &-\frac{\left(\frac{{{v}^{4}}}{6}+ \frac{5 {{v}^{2}}}{2}+\frac{v}{2}+6\right)}{2}+2\\ \notag \\ =&v^{16}/23328+(5v^{14})/1944+v^{13}/1944 \notag \\ &+(83v^{12})/1296+(5v^{11})/216+(371v^{10})/432 \notag \\ &+(29v^9)/72+(5843v^8)/864+(92v^7)/27 \notag \\ &+(4639v^6)/144+(353v^5)/24+(26581v^4)/288 \notag \\ &+(129v^3)/4+(3527v^2)/24+(115v)/4+101\\ \notag \\ =&-\frac{{{v}^{4}}}{9}-\frac{5 {{v}^{2}}}{3}-4 \ = \ \beta \qquad ( \ mod \ g_0(v) \ ) \\ \end{align}
\begin{align} \rho_3(\alpha)\ &= \beta & \rho_3(\beta) &= \alpha & \rho_3(\gamma) &= \ \gamma \\ \end{align}
\( \ \) | \(\rho_i(\alpha)\) | \(\rho_i(\beta)\) | \(\rho_i(\gamma)\) |
---|---|---|---|
\(\rho_1\) | \(\alpha\) | \(\beta\) | \(\gamma\) |
\(\rho_2\) | \(\alpha\) | \(\gamma\) | \(\beta\) |
\(\rho_3\) | \(\beta\) | \(\alpha\) | \(\gamma\) |
\(\rho_4\) | \(\beta\) | \(\gamma\) | \(\alpha\) |
\(\rho_5\) | \(\gamma\) | \(\alpha\) | \(\beta\) |
\(\rho_6\) | \(\gamma\) | \(\beta\) | \(\alpha\) |
\( \ \) | \(\sigma_i(\alpha)\) | \(\sigma_i(\beta)\) | \(\sigma_i(\gamma)\) |
---|---|---|---|
\(\sigma_1\) | \(\alpha\) | \(\beta\) | \(\gamma\) |
\(\sigma_2\) | \(\alpha\) | \(\gamma\) | \(\beta\) |
\(\sigma_3\) | \(\beta\) | \(\alpha\) | \(\gamma\) |
\(\sigma_4\) | \(\beta\) | \(\gamma\) | \(\alpha\) |
\(\sigma_5\) | \(\gamma\) | \(\alpha\) | \(\beta\) |
\(\sigma_6\) | \(\gamma\) | \(\beta\) | \(\alpha\) |
\( i \backslash j \) | \(\rho_i(v_1)\) | \(\rho_i(v_2)\) | \(\rho_i(v_3)\) | \(\rho_i(v_4)\) | \(\rho_i(v_5)\) | \(\rho_i(v_6)\) |
---|---|---|---|---|---|---|
\(\rho_1\) | \(v_1\) | \(v_2\) | \(v_3\) | \(v_4\) | \(v_5\) | \(v_6\) |
\(\rho_2\) | \(v_2\) | \(v_1\) | \(v_5\) | \(v_6\) | \(v_3\) | \(v_4\) |
\(\rho_3\) | \(v_3\) | \(v_4\) | \(v_1\) | \(v_2\) | \(v_6\) | \(v_5\) |
\(\rho_4\) | \(v_4\) | \(v_3\) | \(v_6\) | \(v_5\) | \(v_1\) | \(v_2\) |
\(\rho_5\) | \(v_5\) | \(v_6\) | \(v_2\) | \(v_1\) | \(v_4\) | \(v_3\) |
\(\rho_6\) | \(v_6\) | \(v_5\) | \(v_4\) | \(v_3\) | \(v_2\) | \(v_1\) |
教科書等で「同型写像が群をなし\(f(x)\)の根を置換する」と記述されている箇所では、
根の置換の写像を、未だ解いてもいない根の値を使って、極めて人為的に決めている印象を何時も抱いておりました。
教科書の例は、殆どの場合、簡単に解ける \([ \ x^3-2=0 \ ]\) でした。「では簡単に解けない他の場合は
どうなるの?」と疑問だらけで、本の説明に納得がゆきませんでした。
これに対して、
原始根 \(v\) の導入により、\(v\) の最小多項式 \(g_0(x)\) の共役根 \(v_i\) を求める計算による
同型写像の導入方法は、同型写像の形が、\(v\) の多項式として極めて自然に定義されると思ったのと
同時に、「この同型写像は方程式の根も置換するのだ」と初めて納得がゆきました。
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