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Kurs:Körper- und Galoistheorie (Osnabrück 2018-2019)/Arbeitsblatt 26/latex

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\setcounter{section}{26}






\zwischenueberschrift{Aufwärmaufgaben}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $G$ eine \definitionsverweis {Gruppe}{}{.} Zeige, dass $G$ genau dann \definitionsverweis {kommutativ}{}{} ist, wenn alle \definitionsverweis {Konjugationsklassen}{}{} einelementig sind.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $G$ eine endliche \definitionsverweis {Gruppe}{}{} und seien
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ x,y }
{ \in }{ G }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} \definitionsverweis {konjugierte Elemente}{}{.} Zeige, dass \mathkor {} {x} {und} {y} {} die gleiche \definitionsverweis {Ordnung}{}{} besitzen.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass zwei \definitionsverweis {Permutationen}{}{}
\mathl{\sigma, \tau \in S_n}{} genau dann \definitionsverweis {konjugiert}{}{} sind, wenn ihre \definitionsverweis {Zykeldarstellung}{}{} den gleichen Typ haben, d.h. wenn die Anzahl der Zykel und deren Längen übereinstimmen.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Überprüfe die Klassengleichung für die \definitionsverweis {Permutationsgruppen}{}{}
\mathl{S_2,S_3,S_4,S_5}{.}

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Überprüfe die Klassengleichung für die \definitionsverweis {eigentliche Würfelgruppe}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Bestimme zu jeder Permutation
\mathbed {\pi \in S_n} {}
{n=2,3,4,5} {}
{} {} {} {,} die Isotropiegruppe $G_\pi$ und die Konjugationsklasse
\mathl{[\pi]}{,} und bestätige die Gleichung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \operatorname {ord} { { \left( G_\pi \right) } } \cdot { \# \left( [\pi] \right) } }
{ =} { n! }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} aus Lemma 26.3.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Es sei $p$ eine Primzahl und $G$ eine \definitionsverweis {endliche Gruppe}{}{} mit $p^r$ Elementen. Zeige, dass $G$ \definitionsverweis {auflösbar}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Man gebe ein Beispiel für eine \definitionsverweis {endliche Körpererweiterung}{}{}
\mathbed {\Q \subseteq K} {}
{K \subseteq {\mathbb C}} {}
{} {} {} {,} das zeigt, dass zu einem Element
\mathl{z=a+b { \mathrm i} \in K}{} die reellen Koordinaten \mathkor {} {a} {und} {b} {} nicht zu $K$ gehören müssen.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mathl{z \in {\mathbb C}}{} eine \definitionsverweis {konstruierbare Zahl}{}{.} Zeige, dass der \definitionsverweis {erzeugte Unterkörper}{}{}
\mathl{\Q(z)}{} eine \definitionsverweis {Radikalerweiterung}{}{} von $\Q$ ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mathl{z \in {\mathbb C}}{} eine \definitionsverweis {konstruierbare Zahl}{}{} mit dem \definitionsverweis {Minimalpolynom}{}{}
\mathl{F \in \Q[X]}{.} Zeige, dass jede komplexe Nullstelle von $F$ ebenfalls konstruierbar ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mathl{z \in {\mathbb C}}{} eine \definitionsverweis {konstruierbare Zahl}{}{} mit dem \definitionsverweis {Minimalpolynom}{}{}
\mathl{F \in \Q[X]}{.} Zeige, dass der \definitionsverweis {Zerfällungskörper}{}{} von
\mathl{F}{} eine \definitionsverweis {Radikalerweiterung}{}{} von $\Q$ ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass eine \definitionsverweis {konstruierbare Zahl}{}{}
\mathl{z \in {\mathbb C}}{} in einer \definitionsverweis {auflösbaren Körpererweiterung}{}{}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{\Q }
{ \subseteq }{L }
{ \subseteq }{ {\mathbb C} }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} liegt.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{K }
{ \subseteq }{L }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine \definitionsverweis {Galoiserweiterung}{}{} vom \definitionsverweis {Grad}{}{} $p^r$ mit einer Primzahl $p$ und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{r }
{ \geq }{1 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Zeige, dass es einen echten Zwischenkörper
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{K }
{ \subset }{M }
{ \subset }{L }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} gibt, der über $K$ eine Galoiserweiterung ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ K }
{ = }{ L_0 }
{ \subset }{ L_1 }
{ \subset \ldots \subset }{ L_r }
{ = }{ L }
} {}{}{} eine Kette von \definitionsverweis {quadratischen Körpererweiterungen}{}{} in ${\mathbb C}$. Zeige, dass es eine Kette von quadratischen Körpererweiterungen
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ L }
{ = }{ M_0 }
{ \subset }{ M_1 }
{ \subset \ldots \subset }{ M_s }
{ = }{ M }
} {}{}{} derart gibt, dass
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{K }
{ \subseteq }{M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine \definitionsverweis {Galoiserweiterung}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Finde zur Kette aus quadratischen Körpererweiterungen
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{\Q }
{ \subset} { \Q[\sqrt{2}] }
{ \subset} {\Q[\sqrt[4]{2}] }
{ =} {L }
{ } { }
} {}{}{} eine Galoiserweiterung
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{\Q }
{ \subseteq }{M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} minimalen Grades mit
\mathl{\sqrt[4]{2} \in M}{.}

}
{} {}






\zwischenueberschrift{Aufgaben zum Abgeben}




\inputaufgabe
{4}
{

Es seien
\mathl{K \subseteq L \subseteq M}{} \definitionsverweis {endliche Körpererweiterungen}{}{.} Es sei $F \in K[X]$ ein \definitionsverweis {irreduzibles Polynom}{}{,} dass über $M$ in Linearfaktoren zerfalle. Der Zwischenkörper $L$ enthalte keine Nullstelle von $F$. Folgt daraus, dass $F$ irreduzibel über $L$ ist?

}
{} {}




\inputaufgabe
{4}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \Q }
{ \subseteq }{ L }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine \definitionsverweis {Körpererweiterung}{}{} in ${\mathbb C}$ und es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ K }
{ \subseteq }{ L }
{ }{ }
{ }{}
{ }{}
} {}{}{} der Unterkörper, der aus allen \definitionsverweis {konstruierbaren Zahlen}{}{} in $L$ besteht. Zeige, dass für jeden \definitionsverweis {Automorphismus}{}{}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \varphi }
{ \in }{ \operatorname{Gal}\, ( L {{|}} \Q ) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} die Beziehung
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \varphi(K) }
{ \subseteq }{ K }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} gilt.

}
{} {}




\inputaufgabe
{3}
{

Es seien
\mathl{\alpha_1 , \ldots , \alpha_n}{} \definitionsverweis {algebraische Zahlen}{}{.}

a) Zeige, dass es ein \definitionsverweis {irreduzibles Polynom}{}{}
\mathl{F \in \Q[X]}{} derart gibt, dass man alle $\alpha_i$ als $\Q$-\definitionsverweis {Linearkombination}{}{} von Potenzen der Nullstellen von $F$ schreiben kann.

b) Zeige, dass es kein \definitionsverweis {irreduzibles Polynom}{}{}
\mathl{F \in \Q[X]}{} derart geben muss, dass alle $\alpha_i$ Nullstellen von $F$ sind.

}
{} {}




\inputaufgabe
{5}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ K }
{ \subseteq }{ L }
{ }{ }
{ }{}
{ }{}
} {}{}{} eine \definitionsverweis {endliche Galoiserweiterung}{}{} mit \definitionsverweis {Galoisgruppe}{}{} $G$. Es sei
\mathl{z \in L}{} ein Element derart, dass
\mathbed {\varphi(z)} {}
{\varphi \in G} {}
{} {} {} {,} eine $K$-\definitionsverweis {Basis}{}{} von $L$ bildet. Wir betrachten das Polynom
\mathdisp {F = \prod_{\varphi \in G} (X- \varphi(z))} { . }
Zeige, dass die Koeffizienten von $F$ zu $K$ gehören, dass $F$ in $K[X]$ \definitionsverweis {irreduzibel}{}{} ist und dass $L$ der \definitionsverweis {Zerfällungskörper}{}{} von $F$ über $K$ ist.

}
{} {}