Kurs:Algebraische Zahlentheorie (Osnabrück 2020-2021)/Arbeitsblatt 15/latex

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\zwischenueberschrift{Aufgaben}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $B$ ein \definitionsverweis {diskreter Bewertungsring}{}{,} sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{u }
{ \in }{ B^{\times} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine \definitionsverweis {Einheit}{}{} und sei $X^n-u$ \definitionsverweis {irreduzibel}{}{} in $B[X]$. Zeige, dass
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{R }
{ =} { B[X]/ { \left( X^n-u \right) } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} \definitionsverweis {normal}{}{} ist, falls $n$ eine Einheit in $B$ ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $B$ ein \definitionsverweis {diskreter Bewertungsring}{}{,} in dem $2$ eine \definitionsverweis {Einheit}{}{} sei, und sei $p$ eine \definitionsverweis {Ortsuniformisierende}{}{} von $B$. Bestimme, für welche $m$ der Ring
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{R }
{ =} {B[X]/ { \left( X^2-p^m \right) } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} ein \definitionsverweis {normaler Integritätsbereich}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{\Q }
{ \subseteq }{L }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine \definitionsverweis {endliche Körpererweiterung}{}{} und sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{S }
{ \subseteq }{L }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine \definitionsverweis {endliche Ringerweiterung}{}{} von $\Z$. Zeige, dass $S$ genau dann \definitionsverweis {normal}{}{} ist, wenn für jede \definitionsverweis {Primzahl}{}{} $p$ die \definitionsverweis {Nenneraufnahme}{}{}
\mathl{S_{\Z \setminus \Z p}}{} normal ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Bestimme für welche Primzahlen $p$ das Polynom
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ X^2+3 }
{ \in }{ \Z/(p)[X] }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} \definitionsverweis {irreduzibel}{}{} ist bzw. in einfache \definitionsverweis {Linearfaktoren}{}{} zerfällt. Für welche Primzahlen ist $\Z_{(p)}[X]/(X^2-3)$ \definitionsverweis {normal}{}{?}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

\aufzaehlungfuenf{Zeige, dass das Polynom $X^3+X+1$ in $\Z[X]$ irreduzibel ist. }{Bestimme die Primfaktorzerlegung von $X^3+X+1$ in
\mathl{\Z/(3) [X]}{.} }{Bestimme die Primfaktorzerlegung von $X^3+X+1$ in
\mathl{\Z/(31) [X]}{.} }{Man finde eine positive Zahl $n$ derart, dass für alle Primzahlen $p$, die $n$ nicht teilen, der Faserring $\Z/(p)[X]/ { \left( X^3+X+1 \right) }$ reduziert ist. }{Bestimme, ob
\mathl{\Z[X]/{ \left( X^3+X+1 \right) }}{} ein \definitionsverweis {Zahlbereich}{}{} ist. }

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Beweise Satz 9.8 mit Korollar 15.3 und einer Sonderbetrachtung für diejenigen Primzahlen, die dadurch nicht abgedeckt sind.

}
{} {}


Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{.} Ein \definitionsverweis {Polynom}{}{}
\mathl{P \in K[X]}{} heißt \definitionswort {separabel}{,} wenn es über keinem \definitionsverweis {Erweiterungskörper}{}{}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{K }
{ \subseteq }{L }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} mehrfache Nullstellen besitzt.





\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{} und sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{P }
{ \in }{ K[X] }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein Polynom. Zeige, dass die folgenden Aussagen äquivalent sind. \aufzaehlungvier{$P$ ist \definitionsverweis {separabel}{}{.} }{Es gibt eine Körpererweiterung
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{K }
{ \subseteq }{ L }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} derart, dass $P$ über $L$ in einfache Linearfaktoren zerfällt. }{$P$ und die \definitionsverweis {Ableitung}{}{} $P'$ sind \definitionsverweis {teilerfremd}{}{.} }{$P$ und die \definitionsverweis {Ableitung}{}{} $P'$ erzeugen das \definitionsverweis {Einheitsideal}{}{.} }

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{} und
\mathl{P \in K[X]}{} ein \definitionsverweis {separables Polynom}{}{.} Zeige, dass ein Teiler
\mathl{F \in K[X]}{} von $P$ ebenfalls separabel ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{F }
{ \in }{ \Z[X] }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein Polynom, das in $\Q[X]$ \definitionsverweis {irreduzibel}{}{} ist. Zeige, dass für alle Primzahlen $p$ bis auf endlich viele Ausnahmen alle Primpolynome in der \definitionsverweis {Primfaktorzerlegung}{}{} von
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{F }
{ \in }{ \Z/(p)[X] }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} einfach sind.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{} und \maabbeledisp {} {K[Y]} {K[X] \cong K[Y][X]/(Y-X^n) } {Y} {X^n } {,} die $n$-te Potenzabbildung. Bestimme zu
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{b }
{ \in }{K }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} den \definitionsverweis {Faserring}{}{} über $(Y-b)$. Wann sind alle Primfaktoren von $X^n-b$ einfach?

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $p$ eine \definitionsverweis {Primzahl}{}{.} Zeige, dass die Polynome
\mathl{X^n -p \in \Q[X]}{} für jedes
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{n }
{ \geq }{1 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} \definitionsverweis {irreduzibel}{}{} sind.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass ein Polynom der Form
\mathl{X^n-p^2 \in \Q[X]}{} mit einer \definitionsverweis {Primzahl}{}{} $p$ im Allgemeinen nicht \definitionsverweis {irreduzibel}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $B$ ein \definitionsverweis {diskreter Bewertungsring}{}{.} Zu einem von $0$ verschiedenen \definitionsverweis {Polynom}{}{}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{P }
{ \in }{B[X] }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} sei
\mathl{\operatorname{ord} (P)}{} die minimale \definitionsverweis {Ordnung}{}{} der Koeffizienten von $P$. Zeige
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \operatorname{ord} (P Q) }
{ =} {\operatorname{ord} (P) + \operatorname{ord} (Q) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $R$ ein \definitionsverweis {Dedekindbereich}{}{} mit \definitionsverweis {Quotientenkörper}{}{} $K$ und es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{P }
{ \in }{R[X] }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein \definitionsverweis {Polynom}{}{} mit \definitionsverweis {teilerfremden}{}{} Koeffizienten. Zeige
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ (P) R[X] }
{ =} { R[X] \cap (P)K[X] }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Zeige ferner, dass die Voraussetzung über die Teilerfremdheit notwendig ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $R$ ein \definitionsverweis {Integritätsbereich}{}{} mit \definitionsverweis {Quotientenkörper}{}{} $K$ und es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{P }
{ \in }{R[X] }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein \definitionsverweis {Polynom}{}{} mit \definitionsverweis {teilerfremden}{}{} Koeffizienten, das in $K[X]$ \definitionsverweis {irreduzibel}{}{} sei. Zeige, dass $P$ auch in $R[X]$ irreduzibel ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{P }
{ \in }{\Z[X] }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein ganzzahliges normiertes Polynom, dass in $\Q[X]$ \definitionsverweis {irreduzibel}{}{} sei. Zeige, dass $P$ auch in $\Z[X]$ \definitionsverweis {irreduzibel}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $K$ ein Körper und $A$ eine endlichdimensionale, \definitionsverweis {reduzierte}{}{} $K$-Algebra. Zeige, dass dann $A$ ein endliches direktes Produkt von endlichen Körpererweiterungen von $K$ ist.

}
{} {}