Galoistheorie

Moderators: dirkwb, Xilvo

Forumregels
(Middelbare) school-achtige vragen naar het forum "Huiswerk en Practica" a.u.b.
Zie eerst de Huiswerkbijsluiter
Reageer
Berichten: 24

Galoistheorie

Bij het voorbereiden op een tentamen stuitte ik op een vervelend probleem, waar ik niet uit kom.

Het gaat om het bepalen van de Galoisgroep
\(G=\text{Gal}(\mathbb{Q}(f)/\mathbb{Q})\)
van
\(f=X^6-3X^2+1\)
over
\(\mathbb{Q}}\)
.

Misschien zoek ik het antwoord in de verkeerde richting, maar hier is een schets van wat ik dusver heb gevonden:

Laat
\(g=X^3-3X+1\)
, en laat
\(K\)
en
\(L\)
de ontbindingslichamen van
\(g\)
resp.
\(f\)
over
\(\mathbb{Q}\)
. Er geldt
\(\text{Gal}(K/\mathbb{Q})\cong S_3\)
.

De uitbreiding
\(K\subset L\)
verkrijgen we door wortels van de drie nulpunten
\(\alpha_1,\alpha_2,\alpha_3\)
van
\(g\)
aan
\(K\)
te adjungeren.

De nulpunten van
\(g\)
zijn alledrie reëel; twee zijn positief en één (zeg
\(\alpha_1\)
) is negatief.

Het adjungeren van een wortel van
\(\alpha_1\)
is dus noodzakelijk, dus
\(\mathbb{Q}\subset K(\sqrt{\alpha_1})\subset L\)
.

Maar hoe kan ik weten of geldt
\(K(\sqrt{\alpha_2})\subset K(\sqrt{\alpha_1})\)
of
\(K(\sqrt{\alpha_3})\subset K(\sqrt{\alpha_1})\)
, of juist niet?
Waarom?

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: Galoistheorie

Pelle Almqvist schreef:Bij het voorbereiden op een tentamen stuitte ik op een vervelend probleem, waar ik niet uit kom.

Het gaat om het bepalen van de Galoisgroep
\(G=\text{Gal}(\mathbb{Q}(f)/\mathbb{Q})\)
van
\(f=X^6-3X^2+1\)
over
\(\mathbb{Q}}\)
.

Misschien zoek ik het antwoord in de verkeerde richting, maar hier is een schets van wat ik dusver heb gevonden:

Laat
\(g=X^3-3X+1\)
, en laat
\(K\)
en
\(L\)
de ontbindingslichamen van
\(g\)
resp.
\(f\)
over
\(\mathbb{Q}\)
. Er geldt
\(\text{Gal}(K/\mathbb{Q})\cong S_3\)
.

De uitbreiding
\(K\subset L\)
verkrijgen we door wortels van de drie nulpunten
\(\alpha_1,\alpha_2,\alpha_3\)
van
\(g\)
aan
\(K\)
te adjungeren.

De nulpunten van
\(g\)
zijn alledrie reëel; twee zijn positief en één (zeg
\(\alpha_1\)
) is negatief.

Het adjungeren van een wortel van
\(\alpha_1\)
is dus noodzakelijk, dus
\(\mathbb{Q}\subset K(\sqrt{\alpha_1})\subset L\)
.

Maar hoe kan ik weten of geldt
\(K(\sqrt{\alpha_2})\subset K(\sqrt{\alpha_1})\)
of
\(K(\sqrt{\alpha_3})\subset K(\sqrt{\alpha_1})\)
, of juist niet?
Je hebt een veelterm van graad3. Waarom bepaal je hiervan niet gewoon de nulpunten? Dan de wortel hiervan zijn opl van f. En dan kun je nagaan met wat je groep isomorf is door te kijken naar voortbrengers...
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Berichten: 24

Re: Galoistheorie

Rekenen is toch wel de laatste gedachte die bij mij zou opkomen, maar ik heb het geprobeerd. Ik moet zeggen dat het bepalen van de nulpunten van
\(g\)
nogal een zware bevalling voor me is geweest. Het resultaat is een drietal flinke joekels van uitdrukkingen, die nog net te overzien zijn, en ik denk dat
\(\mathbb{Q}(g)=\mathbb{Q}(\zeta_{18})\)
, met
\(\zeta_{18}\)
een primitieve 18e eenheidswortel. De wortels van
\(f\)
worden voor mij echt te onprettig. Is er een handige manier om met deze dingen te werken? Of moet ik daadwerkelijk naar een zestal uitdrukking zoals
\({\frac {\sqrt { \left( -2-\sqrt [3]{-4+4\,i\sqrt {3}} \right) \left( 1+i\sqrt {3} \right) }}{\sqrt [3]{-4+4\,i\sqrt {3}}}}=\frac{\sqrt{-(1-\sqrt[3]{\zeta_3})(\zeta_3)}}{\sqrt[3]{\zeta_3}}\stackrel{?}{=}\zeta_{18}^{11}\cdot\sqrt{1-\zeta_9}\in\mathbb{Q}(?)\)
gaan kijken om te zien wat hun voortbrengers zijn? Dit kan (hoop ik) niet de bedoeling zijn, aangezien we slechts drie uur de tijd hebben voor een stuk of 10 tot 15 opgaven waaronder een aantal zoals deze.
Waarom?

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: Galoistheorie

Ik had idd niet verwacht dat de wortels zo ingewikkeld gingen worden... Ik zou dan zo redeneren: je weet da uw galoisgroep 6 el heeft. De 3 wortels van de opl van g. Uit uw isomorfisme van K weet je 2 hiervan voortbrenger zijn. En dus heeft uw galoisgroep 4 voortbrengers. Echter 2 hiervan zijn op minteken gelijk. Dus 2

Ken je zo een groep?
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Berichten: 24

Re: Galoistheorie

je weet da uw galoisgroep 6 el heeft.
De Galoisgroep van
\(g\)
over
\(\mathbb{Q}\)
heeft zes elementen, en dit is een ondergroep van
\(G=\text{Gal}(\mathbb{Q}(f)/\mathbb{Q})\)
, dus deze groep heeft ten minste zes elementen. Ik heb ook verhelderd dat
\(\sqrt{\alpha_1}\notin\mathbb{Q}(g)\)
, waaruit volgt dat
\(G\)
ten minste twaalf elementen bevat. De Galoisgroep werkt op de zes nulpunten, de orde van deze groep is een deler van
\(6!=720\)
en is deelbaar door zes. In mijn oorspronkelijke post heb ik beredeneerd dat deze orde gelijk aan 12, 24 of 48 is.
En dus heeft uw galoisgroep 4 voortbrengers. Echter 2 hiervan zijn op minteken gelijk. Dus 2
Inderdaad,
\(\text{Gal}(\mathbb{Q}(g)/\mathbb{Q})\)
wordt voortgebracht door twee elementen. Ik zie echter niet hoe hier uit volgt dat
\(G\)
door twee (of vier) elementen wordt voortgebracht.
Waarom?

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: Galoistheorie

Okee, ik had gisteravond beter niet meer geantwoord, wegens een hoog "weinig-nuttig" gehalte ;) . Excuses daarvoor :P .

Ik heb er nu wat beter over gedacht en heb een paar opmerkingen.

Allereerst: waarom is, volgens jou,
\(\text{Gal}(K/\mathbb{Q})\cong S_3\)
. Volgens mij klopt dit niet en moet dit zijn
\(\text{Gal}(K/\mathbb{Q})\cong A_3\)
(of hiermee equivalent
\(\text{Gal}(K/\mathbb{Q})\cong \mathbb{Z}_3\)
). Ik ben benieuwd naar je redenering, maar hou mijn nog even voor mij om jou niet te beinvloeden :P .

Verder ben ik zo te werk gegaan (fel analoog, maar ik geef mijn heel idee). Stel
\(y = x^2\)
. Dan is de Galoisgroep van
\(y^3 - 3 x + 1\)
gegeven door
\(\mathbb{Z}_3\)
. Noem de wortel van deze vt
\(\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3\)
. Dan zijn de wortels van f gegeven door
\(\pm \sqrt{\alpha_1}, \pm \sqrt{\alpha_2}, \pm \sqrt{\alpha_3}\)
.

Merk verder nog op dat
\(\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3\)
reëel zijn, som 0 en product -1 hebben. Dus kunnen we stellen dat
\(\alpha_1, \alpha_2 > 0\)
en
\(\alpha_3 < 0\)
. Bijgevolg zijn
\(\mathbb{Q}(\sqrt{\alpha_1)}, \mathbb{Q}(\sqrt{\alpha_1}, \sqrt{\alpha_2})\)
geen ontbindingsvelden van f, maar
\(F = \mathbb{Q}(\sqrt{\alpha_1}, \sqrt{\alpha_2}, \sqrt{\alpha_3})\)
wél. Zo een ontbindingsveld is uniek, dus het is het ontbindingsveld... Kun je nu zelf de uitbreidingsgraad aanvullen? Liefst niet kijken voor je zelf geprobeerd hebt:
Spoiler: [+]
24
. Eens je dit hebt, ben je er... Ik kan je nog beschrijven hoe die Galoisgroep eruit ziet, maar daar wacht ik mee tot je dit snapt.
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Berichten: 24

Re: Galoistheorie

Je hebt gelijk, er geldt inderdaad
\(\text{Gal}(K/\mathbb{Q})\cong A_3\)
. Ik dacht oorspronkelijk
\(S_3]\)
omdat ik een rekenfout had gemaakt bij het bepalen van de discriminant >.>

Ik begrijp het merendeel van je redenering, en dat
\(\mathbb{Q}(\sqrt{\alpha_1})\)
en
\(\mathbb{Q}(\sqrt{\alpha_1},\sqrt{\alpha_2})\)
geen ontbindingslichamen kunnen zijn, en dat
\(\mathbb{Q}(\sqrt{\alpha_1},\sqrt{\alpha_2},\sqrt{\alpha_3})=F\)
wel een ontbindingslichaam is. Dit ontbindingslichaam
\(F\)
is op isomorfie na uniek.

Het bepalen van de graad hiervan lukt me zo gauw niet, maar ik ben nu te gehaast; ik vertrek zometeen naar het buitenland, maar ik zal er nog over nadenken. Na het weekend laat ik weten of het is gelukt of niet. Dank voor de hulp, vanaf hier zou ik het toch moeten kunnen.
Waarom?

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: Galoistheorie

Graag gedaan ;) . Goed dat je er nu grotendeels uitbent :P . Je laat maar weten of het nog gelukt is... Om deze graad te bepalen maak je btw best ketens van uitbreidingen.

Btw nog één kleine opmerking: in deze opgave was het nu idd lastig(er) om te tellen dan te redeneren door de aard van de nulpunten. Echter is het vaak (zeker bij veeltermen die na substitutie gewoon kwadratisch zijn) handig om toch die nulpunten exact te kennen. Dan zie je meteen wat voor groep je Galoisgroep is :P .
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: Galoistheorie

En is de opgave je verder nog gelukt ;) ?
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Berichten: 24

Re: Galoistheorie

Yes, gelukt. Tentamen ruimschoots gehaald, ik heb eigenlijk nu pas het idee dat ik Galoistheorie begin te begrijpen.

Verheug me nu al op elliptische krommen en algebraïsche meetkunde :P Nogmaals bedankt ;)
Waarom?

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: Galoistheorie

Mooi ;) . Persoonlijk vind ik Galoistheorie één van de mooiste theorieën die ik (momenteel) ken :P . En dat wil wel wat zeggen, daar ik meer een analyticus ben :P . Succes nog! (En graag gedaan en proficiat!)

De discussie over Lie-groepen is verplaatst naar dit topic.
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Reageer