能否通過列舉一些代數式、方程加以分析、說明,直解釋阿貝爾定理?

相關問題:為何從五次方程開始就沒有加減乘除開方的求根公式了? - 數學

能否可以不使用群論,僅僅通過列舉一些代數式、代數方程加以分析、說明,進而達對阿貝爾定理做出直觀解釋。(這兒,我只要「直觀解釋」,並沒有說嚴格論證。)


如果不用Galois理論可以直接看Abel的原始證明(比較繁瑣)。[1][2]

用現代方法的證明思路是:

  1. 若一個多項式方程f(x)=0可以用根式解那麼意味著存在關於其係數的代數函數y=frac{G}{F}使得f(y)=0,這裡G,F可以寫成形式sum a_i^{1/m_i},這裡a_i也為代數函數。所以用歸納法可以證明存在域擴張mathcal{Q}subset F_1subset F_2cdots subset E,使得F_{i+1}=F_i(alpha_i), alpha_i^{p_i}in F_i, E=mathcal{Q}(y),這裡mathcal{Q}=mathbb{Q}(a_0,a_1,cdots,a_n,zeta_n)
  2. mathrm{Gal}(F_{i+1}/F_i)=langle p_i
angle,這是因為x^{p_i}- alpha_i^{p_i}in F_i的所有根由zeta_{p_i}^ralpha_i, 0<r<P>給出。</li>
<li>由Galois基本定理存在<img src=使得G_{i+1}/G_i=langle p_i 
angle
  3. 由於5階及以上的一般n階方程的Galois群可以取得S_n,但容易證明當n&>=5時3中的合成群列不可能出現,所以沒有根式解。

一個Galois群是S_5的例子是x^5-5x-2=0,這是因為它的Galois群顯然包含5階循環群(Sylow)(1,2,3,4,5),另一方面其恰含有兩個復根所以包含一個對換,用對稱群的一個簡單結論可以知道其為S_5。

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至於知道Galois群後如何求出方程的根,可以用如下方法:

首先考察n階循環擴張E/F其中F包含n次單位根,由Kummer定理可以知道E=F(a),這裡a^n∈F。由Noether方程可以知道a對應於Gal(E/F)的特徵標群生成元。

所以我們通過遞歸調用上述演算法,即可得到任意可解Galois群的根式擴張。用這個方法也可以推出3,4次方程的根式解,這也是拉格朗日預解式得原始思想。

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至於知道多項式後如何求出它的Galois群,可以參考:http://www.uncg.edu/mat/numbertheory/summerschool/pdf/roberts-2013-galois-I.pdf

事實上這些東西在現在的計算機代數系統比如Maple,Magama等都有實現。

Reference

[1]. Abel"s Proof: An Essay on the Sources and Meaning of Mathematical Unsolvability: Peter Pesic: 9780262661829: Amazon.com: Books

[2]. http://www.math.caltech.edu/~jimlb/abel.pdf

[3]. 現代方法可以參考E.Artin 的 Galois Theory.


請問王飛,你列的目錄是哪一本書?謝謝!


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