§1.2 単拡大体
単拡大体Q(θ)とは有理数体Qに1つの数θを付加した体をさしている。Q(θ)には有理数とθの四則演算の結果になりうるすべての数が含まれている。
θを代数的数とし、そのQ上最小多項式の次数をnとする。このとき「1 θ θ² θ³…θⁿ⁻¹」の各数に有理数をかけて足し合わせた式をθ形式とよぶことにする。(※5)でθ形式の実例を挙げている。
このθ形式に関しては以下の定理3が成り立つ。
(定理3)
「θ形式で表記できる数の集合」は体になっており、Q(θ)とは同一の集合である。
また、Q(θ)の元のθ形式による表記は一意に定まる。
この定理3の証明にも、定理2が用いられる。
さて、Qに有限個の代数的数を加えた拡大体を代数的拡大体という。(※6)では代数的拡大体と代数体の違いについて補足している。代数的拡大体については以下の定理4が成り立つ。
(定理4 原始元の存在)
代数的拡大体は単拡大体である。
複数個の代数的数をくわえて作った拡大体も、実は1個の代数的数の付加によって構成できるというのが定理4の主張である。この1個の代数的数を原始元という。
定理4の証明では、この原始元の存在を示すことになる。第2章で述べる証明から分かるように、各拡大体について原始元は一意に定まらない(※7)。
代数的拡大体Lの原始元をθとすると、定理3によりLの元はθ形式によって一意的に表記される。θ形式の項数――θのQ上最小多項式の次数と一致する――をLの拡大次数という。
拡大次数については、以下の定理5が成り立つ。
(定理5 拡大次数の一意性)
原始元の選び方によらず、代数的拡大体Lの拡大次数は一意に定まる。
この定理5の証明からは、次の定理6の成立も導かれる。
(定理6 次元の積公式)
Q→M→Lを代数的拡大列とする。Q→Mの拡大次数をm、M→Lの拡大次数をnとするとき、Q→Lの拡大次数はmnである(※8)。