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有限域学习

有限域

设$\mathcal{R}$是整环,$f(x),g(x)\in \mathcal{R}[x]$为正次数多项式,$\text{deg}(f)=d,\text{deg}(g)=e$,则

$\text{Res}(f,g)=0$当且仅当存在不为0的多项式$p(x),q(x)\in \mathcal{R}[x],\text{deg}(p)\lt e,\text{deg}(g)\lt d$,使得$fp+gq=0$。

进一步,如果$g$的最高次项系数$c_g^e$是整环里的可逆元,则设$g_1(x)=g/c_g^e$,显然$g_1(x)$是首一多项式,再令$f_1(x)=f/c_g^e$

此时$fp+gq=0$等价于$f_1p+g_1q=0$等价于$f_1p\equiv 0(\text{mod}\;g_1)$

设$\mathcal{R}_g[x]=\mathcal{R}[x](\text{mod}\;g_1)$,显然$R_g$是$\mathcal{R}$上秩等于$e$的有限生成自由模,则$f_1$诱导出$R_g$上的一个线性变换

$$ x\in R_g,f_1x\in R_g $$

因为有$p\neq 0(\text{mod}\;g_1),f_1p\equiv 0(\text{mod}\;g_1)$,所以$\text{rank}(\text{ker}(f_1))\gt 0$,即$\text{rank}(f_1)\lt e$。(秩-零化度定理)

给定$R_g$上的一组基比如多项式基$\{1,x,...,x^{e-1}\}$,则$f_1$在这组基上的表示矩阵为$M$

$$ \text{rank}(f_1)\lt e \iff \text{det}(M)=0 $$

注意:交换环上矩阵不满秩与矩阵不可逆不等价,应该是矩阵可逆一定满秩,满秩不一定可逆,不满秩一定不可逆,不可逆不一定不满秩。这是因为矩阵可逆等价于行列式是单位元即乘法可逆元。0一定是非单位元。

如果$\mathcal{R}$是整环,则$f$和$g$有公因子的必要条件是$\text{Res}(f,g)=0$。

如果$\mathcal{R}$是唯一分解整环即UFD,则$f$和$g$有公因子当且仅当$\text{Res}(f,g)=0$。

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