תרגיל בית 9
Transcription
תרגיל בית 9
מופשטת 2תשע"ד -תרגיל 9 תרגיל 1 קבע האם הפולינומים הבאים אי-פריקים בחוגים המצויינים ,ואם הם פריקים מצא את הפירוק שלהם לגורמים אי-פריקים. א. ב. ג. ד. 𝑥 2 + 𝑥 + 1ב ]𝑥[ .ℤ2 𝑥 3 + 𝑥 + 1ב ]𝑥[ .ℤ3 𝑥 4 + 1ב ]𝑥[ .ℤ5 𝑥 4 + 10𝑥 2 + 1ב ]𝑥[.ℤ תרגיל 2 הוכח שהפולינומים הבאים אי-פריקים מעל :ℤ א𝑥 4 − 4𝑥 3 + 6 . ב𝑥 6 + 30𝑥 5 − 15𝑥 3 + 6𝑥 − 120 . ג𝑥 4 + 4𝑥 3 + 6𝑥 2 + 2𝑥 + 1 . ד. 𝑝(𝑥+2)𝑝 −2 𝑥 כש 𝑝 -הוא מספר ראשוני אי-זוגי. תרגיל 3 הוכח שהפולינום 𝑝(𝑥) = (𝑥 − 1)(𝑥 − 2) … (𝑥 − 𝑛) − 1הוא אי-פריק מעל ℤלכל .𝑛 ≥ 1 תרגיל 4 בנה שדות מגדלים: א9 . ב49 . ג8 . תרגיל 5 ]𝑦[ ℤ11 ]𝑥[ ℤ הוכח ש > 𝐾1 = 11 ⁄< 𝑥 2 + 1ו⁄< 𝑦 2 + 2𝑦 + 2 > - שניהם שדות מגודל .121והוכח שההעתקה 𝜑: 𝐾1 → 𝐾2המוגדרת ע"י ) 𝜑(𝑝(𝑥)) = 𝑃(𝑦 + 1מוגדרת היטב והיא איזומורפיזם. = 𝐾1הם תרגיל 6 הוכח שהפולינום 𝑝(𝑥) = 𝑥 4 − 4𝑥 2 + 8𝑥 + 2הוא אי-פריק מעל ].ℚ[√−2 תרגיל 7 הוכיחו כי 𝑥 2 + 𝑦 2 − 1הוא אי-פריק ב ].ℚ[x, y תרגיל 8 תרגיל 9 הוכח שאם חוג הוא נתרי אז כל אידאל שלו נוצר סופית פתרונות תרגיל 1 א. ב. ג. ד. קל לבדוק שאין לו שורש ב ℤ2ולכן הוא אי-פריק. ) 𝑥 3 + 𝑥 + 1 = (𝑥 − 1)(𝑥 2 + 𝑥 + 2כשהגורם השני אי=פריק כי אין לו שורש. 2 טריק :נשים לב שב ℤ5מתקיים 2 = 4 = −1ולכן הוא כמו 𝑖 בחוג זה. ) 𝑥 4 + 1 = (𝑥 2 + 2)(𝑥 2 − 2הגורמים הם אי-פריקים כי אין להם שורש. אי-פריק .נפרק מעל :ℂ ) 𝛼√ 𝑥 4 + 10𝑥 2 + 1 = (𝑥 − √𝛼)(𝑥 + √𝛼)(𝑥 − √𝛼)(𝑥 + כאשר 𝛼 = −5 + 2√6 , 𝛼 = −5 − 2√6 נחשב 𝛼 ⋅ 𝛼 = 1 , 𝛼 + 𝛼 = −10 ואז מחשבים שאין מכפלת גורמים שנותנת פירוק מעל ( .ℤוזה מוכיח אי- פריקות בגלל שאנחנו בתחום פריקות יחידה). תרגיל 2 א .איזנשטיין עם 2 ב .איזנשטיין עם 3 4 ג .נציב במקום 𝑥 את 𝑥 − 1ונקבל 𝑥 − 2𝑥 + 2 :שהוא אי-פריק לפי אינשטיין עם .2 ד. 𝑝 𝑝 𝑝−1 𝑝 𝑝−1 𝑝 𝑝 𝑥𝑥 + (1)2 + ⋯ + (1)2 𝑥 + 2 − 2 𝑥 𝑝 𝑝 = 𝑥 𝑝−1 + ( ) 2𝑥 𝑝−2 + ⋯ + ( ) 2𝑝−1 1 1 שהוא אי-פריק לפי איזנשטיין עם .p תרגיל 3 נניח שיש פירוק )𝑥(𝑏)𝑥(𝑎 = )𝑥(𝑝 אמיתי כלומר ש = 𝑛 < )𝑏(deg(𝑎), deg )𝑝(deg נציב את הערכים 𝑛 𝑥 = 1,2, … ,ונקבל שבכולם }.𝑎(𝑥) = −𝑏(𝑥) ∈ {1, −1 אם כן לפולינום )𝑥(𝑏 𝑎(𝑥) +יש 𝑛 שורשים 1, … , 𝑛 :אבל הוא מדרגה > 𝑛 וזו סתירה! תרגיל 4 א .נקח את השדה ℤ3ונחפש פולינום אי פריק מדרגה 𝑥 2 − 2 .2הוא כזה ]𝑥[ ℤ 3 ⁄הוא שדה מסדר .9 (כי אין לו שורשים) ולכן > < 𝑥2 − 2 ב .נקח את השדה ℤ7ונחפש פולינום אי פריק מדרגה 𝑥 2 − 3 .2הוא כזה ]𝑥[ ℤ 7 ⁄הוא שדה מסדר .49 (כי אין לו שורשים) ולכן > < 𝑥2 − 3 ג .נקח את השדה ℤ2ונחפש פולינום אי פריק מדרגה 𝑥 3 + 𝑥 + 1 .3הוא ]𝑥[ ℤ 2 ⁄הוא שדה מסדר כזה (כי אין לו שורשים) ולכן > < 𝑥3 + 𝑥 + 1 .8 תרגיל 5 קל לראות שהפולינומים אי פריקים (כי אין להם שורש ב )ℤ11ולכן המנות הם שדות .כיוון שהפולינומים הם מאותה דרגה ,שני השדות הן מסדר .112 = 121 ההעתקה φשומרת על השדה (כלומר ש ) 𝜑(𝑛) = 𝑛 ∀𝑛 ∈ ℤ11והיא מעתיקה את 𝑥 ל .𝑦 + 1 -ולכן כדי להראות שזה הומומורפיזם מוגדר היטב מספיק להראות ש .𝜑(0) = 𝜑(𝑥 + 1) = 0 2 2 ואמנם.𝜑(𝑥 + 1) = (𝑦 + 1)2 + 1 = 𝑦 + 2𝑦 + 2 = 0 , כיוון שמדובר בשדות זה בהכרח חח"ע. וזה על שכן 𝑦 = ).φ(𝑥 − 1 תרגיל 6 נניח ש αהוא שורש של )𝑥(𝑝 .אז 𝛼 4 − 4𝛼 2 + 8𝛼 = −2ולכן (כי ]ℤ[√−2 הוא תפ"י!) 𝛼 מחלק את .2המחלקים היחידים של 2בחוג הם ±1, ±√−2, ±2 (קל להראות את זה בעזרת נורמה למשל) ואף אחד מהם הוא לא שורש של הפולינום --- .אם כן ל)𝑥(𝑝 אין גורמים לינארים. אם ל 𝑝(𝑥) -היה פירוק לשני גורמים ריבועיים ,המקדם החופשי של כל אחד מהגורמים הוא גם מחלק של 2ולכן הוא .±1, ±√−2, ±2 אם נרשום את 𝑝 כמכפלה של שני גורמים ריבועיים כלליים ,קל לראות שהמקדמים של 𝑥 2חייבים להיות 1ושהמקדמים של 𝑥 צריכים להיות נגדיים. כלומר שנקבל 𝑝(𝑥) = (𝑥 2 + 𝑎𝑥 + 𝑏1 )(𝑥 2 − 𝑎𝑥 + 𝑏2 ) :כאשר האפשרויות ל 𝑏1 , 𝑏2 -הם כמו שתיארנו למעלה .נעבור על כל האפשרויות (זה לא כ"כ הרבה .הרי צריך שמכפלתם תהיה 2ויש סימטריה) ונראה שאין אפשרות כזאת. תרגיל 7 נסתכל על ] < 𝑦 2 − 1 > .ℚ[y][xהוא לא ראשוני ב ] ,ℚ[yאלא יש לו פירוק: ) 𝑦 + 1 .𝑦 2 − 1 = (𝑦 − 1)(𝑦 + 1הוא אי-פריק (למה?) וכיוון ש ] ℚ[yהוא פת"י אז הוא ראשוני. אם כן ,נשתמש באיזנשטיין עם > ( 𝑃 =< 𝑦 + 1שים לב ש 𝑦 2 − 1 ∉ 𝑃2כי 𝑦 + 1ו 𝑦 − 1 -לא חברים). תרגיל 8 תרגיל 9 יהי אידיאל 𝐼. נסמן ב ℒאת קבוצת כל האידיאלים הנוצרים סופית המוכלים ב 𝐼 (זו לא קבוצה ריקה-למה?) .כיוון שהחוג נתרי יש ב ℒאידיאל מקסימלי שנסמנו .𝐼0נטען ש 𝐼 = .𝐼0אחרת יש איבר 𝑎 ∈ 𝐼\𝐼0 ואז 𝐼 ⊂ 𝑎𝑅 𝐼0 +הוא אידיאל נוצר סופית המוכל ב 𝐼 (ןלכן ) 𝐼0 ∈ ℒהמכיל ממש את 𝐼0בסתירה למקסימליות של .𝐼0