Ivan Shishkin, Rye (1878)

Discussions

Dimension des extensions de corps

0 messages

Solution

Solution by Sequoia · FR

1. Pour montrer que LL est un KK-espace vectoriel, il suffit de vérifier que l’addition usuelle de LL et la multiplication des éléments de LL par ceux de KK vérifient les axiomes d'espace vectoriel.

  • (L,+)(L, +) est un groupe abélien car LL est un corps.
  • La loi externe est simplement la multiplication du corps LL, restreinte à K×LK \times L. Puisque K⊂LK \subset L, cette opération est bien définie à valeurs dans LL.
  • Les axiomes de la loi externe (distributivité par rapport à l’addition des scalaires et des vecteurs, associativité, et existence du neutre 1K⋅x=x1_K \cdot x = x) découlent tous directement de la distributivité, de l’associativité de la multiplication et de l’existence du neutre multiplicatif dans le corps LL.
    Ainsi, LL est bien un KK-espace vectoriel.

2.
↪\hookrightarrow Par définition, ei∈Me_i \in M et fj∈Lf_j \in L. Comme L⊂ML \subset M, on a fj∈Mf_j \in M. La multiplication eifje_i f_j est donc bien définie car c’est simplement la multiplication dans le corps MM.

↪\hookrightarrow Caractère générateur : Soit x∈Mx \in M. Puisque (ei)1⩽i⩽p(e_i)_{1 \leqslant i \leqslant p} est une base de MM sur LL, il existe des scalaires λ1,…,λp∈L\lambda_1, \dots, \lambda_p \in L tels que :
x=∑i=1pλieix = \sum_{i=1}^p \lambda_i e_iOr, pour chaque ii, λi∈L\lambda_i \in L. Puisque (fj)1⩽j⩽q(f_j)_{1 \leqslant j \leqslant q} est une base de LL sur KK, il existe des scalaires αi,1,…,αi,q∈K\alpha_{i,1}, \dots, \alpha_{i,q} \in K tels que :
λi=∑j=1qαi,jfj\lambda_i = \sum_{j=1}^q \alpha_{i,j} f_jEn substituant dans la première expression, on obtient par distributivité dans MM :
x=∑i=1p(∑j=1qαi,jfj)ei=∑i=1p∑j=1qαi,j(eifj)x = \sum_{i=1}^p \left( \sum_{j=1}^q \alpha_{i,j} f_j \right) e_i = \sum_{i=1}^p \sum_{j=1}^q \alpha_{i,j} (e_i f_j)La famille (eifj)i,j(e_i f_j)_{i,j} engendre donc MM en tant que KK-espace vectoriel.

↪\hookrightarrow Liberté : Supposons qu’il existe des scalaires αi,j∈K\alpha_{i,j} \in K tels que :
∑i=1p∑j=1qαi,j(eifj)=0\sum_{i=1}^p \sum_{j=1}^q \alpha_{i,j} (e_i f_j) = 0En factorisant par eie_i, on peut réécrire cette somme :
∑i=1p(∑j=1qαi,jfj)⏟∈Lei=0\sum_{i=1}^p \underbrace{\left( \sum_{j=1}^q \alpha_{i,j} f_j \right)}_{\in L} e_i = 0Puisque la famille (ei)1⩽i⩽p(e_i)_{1 \leqslant i \leqslant p} est libre sur LL, tous ses coefficients dans LL sont nuls. Pour tout i∈[ ⁣[1,p] ⁣]i \in [\![1,p]\!], on a donc :
∑j=1qαi,jfj=0\sum_{j=1}^q \alpha_{i,j} f_j = 0Maintenant, puisque la famille (fj)1⩽j⩽q(f_j)_{1 \leqslant j \leqslant q} est libre sur KK et que les μi,j\mu_{i,j} sont dans KK, on en déduit que pour tout ii et tout jj, αi,j=0\alpha_{i,j} = 0.
La famille (eifj)i,j(e_i f_j)_{i,j} est donc libre.

Étant libre et génératrice, c’est une base de MM sur KK.

3. D’après la question précédente, si on a une base de MM sur LL de p:=[M:L]p := [M:L] éléments et une base de LL sur KK de q:=[L:K]q := [L:K] éléments, on peut construire une base de MM sur KK formée de p×qp \times q éléments (les eifje_i f_j pour i∈[ ⁣[1,p] ⁣]i \in [\![1,p]\!] et j∈[ ⁣[1,q] ⁣]j \in [\![1,q]\!]).
La dimension de MM en tant que KK-espace vectoriel est donc exactement p×qp \times q, ce qui donne bien :
[M:K]=[M:L]⋅[L:K][M:K] = [M:L] \cdot [L:K]

No messages yet.