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Kurs:Körper- und Galoistheorie (Osnabrück 2018-2019)/Vorlesung 17/latex

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\setcounter{section}{17}






\zwischenueberschrift{Die Galoiskorrespondenz}

Der folgende Satz heißt auch \stichwort {Hauptsatz der Galoistheorie} {} oder \stichwort {Satz über die Galoiskorrespondenz} {.} Er stiftet eine unmittelbare Beziehung zwischen den Zwischenkörpern einer endlichen Galoiserweiterung und Untergruppen der Galoisgruppe. Er bildet die Grundlage dafür, gruppentheoretische Aussagen auf Körpererweiterungen anzuwenden.




\inputfaktbeweis
{Endliche Galoiserweiterung/Korrespondenz von Körpern und Gruppen/Fakt}
{Satz}
{}
{

\faktsituation {Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ K }
{ \subseteq }{ L }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine \definitionsverweis {endliche}{}{} \definitionsverweis {Galoiserweiterung}{}{} mit der \definitionsverweis {Galoisgruppe}{}{}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{G }
{ = }{ \operatorname{Gal}\, ( L {{|}} K ) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.}}
\faktfolgerung {Dann sind die Zuordnungen
\mathdisp {M \longmapsto \operatorname{Gal}\, ( L {{|}} M ) \text{ und } H \longmapsto \operatorname{Fix}\, ( H )} { }
zueinander inverse Abbildungen zwischen der Menge der Zwischenkörper
\mathbed {M} {}
{K \subseteq M \subseteq L} {}
{} {} {} {,} und der Menge der Untergruppen von $G$.}
\faktzusatz {Bei dieser Korrespondenz werden die Inklusionen umgekehrt.}
\faktzusatz {}

}
{

Diese Abbildungen sind wohldefiniert und kehren nach Lemma 16.3 die Inklusion um. \teilbeweis {}{}{}
{Es sei $M$ ein Zwischenkörper. Nach Korollar 16.7 ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{M }
{ \subseteq }{L }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Galoiserweiterung, also ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \operatorname{Fix}\, ( \operatorname{Gal}\, ( L {{|}} M ) ) }
{ = }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} nach Satz 16.6.}
{} \teilbeweis {}{}{}
{Es sei nun $H$ vorgegeben mit dem Fixkörper
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{M }
{ = }{ \operatorname{Fix}\, ( H ) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Nach dem Satz von Artin ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{M }
{ \subseteq }{L }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Galoiserweiterung mit Galoisgruppe
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{H }
{ = }{ \operatorname{Gal}\, ( L {{|}} M ) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.}}
{}

}


Für einen Automorphismus
\mathl{\varphi \in \operatorname{Gal}\, ( L {{|}} K )}{} und einen Zwischenkörper
\mathbed {M} {}
{K \subseteq M \subseteq L} {}
{} {} {} {,} ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{M' }
{ = }{\varphi(M) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} wieder ein Zwischenkörper, der zu $M$ $K$-\definitionsverweis {isomorph}{}{} ist. Zwischen den zugehörigen Galoisgruppen \mathkor {} {\operatorname{Gal}\, ( L {{|}} M )} {und} {\operatorname{Gal}\, ( L {{|}} M' )} {} gilt die folgende Beziehung.




\inputfaktbeweis
{Endliche Galoiserweiterung/Zwischenkörper/Konjugierter Körper und konjugierte Galoisgruppe/Fakt}
{Satz}
{}
{

\faktsituation {Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ K }
{ \subseteq }{ L }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine \definitionsverweis {endliche}{}{} \definitionsverweis {Galoiserweiterung}{}{} und sei
\mathbed {M} {}
{K \subseteq M \subseteq L} {}
{} {} {} {,} ein Zwischenkörper. Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \psi }
{ \in }{ G }
{ = }{ \operatorname{Gal}\, ( L {{|}} K ) }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{M' }
{ = }{ \psi(M) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.}}
\faktfolgerung {Dann gilt in der \definitionsverweis {Galoisgruppe}{}{} $G$ die Beziehung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \operatorname{Gal}\, ( L {{|}} M' ) }
{ =} { \psi \operatorname{Gal}\, ( L {{|}} M ) \psi^{-1} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{

\teilbeweis {}{}{}
{Es sei
\mathl{\varphi \in \operatorname{Gal}\, ( L {{|}} M' )}{.} Wir schreiben
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{\varphi }
{ = }{ \psi { \left( \psi^{-1} \varphi \psi \right) } \psi^{-1} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und müssen zeigen, dass
\mathl{\psi^{-1} \varphi \psi}{} zu
\mathl{\operatorname{Gal}\, ( L {{|}} M )}{} gehört. Es sei dazu
\mathl{x \in M}{.} Dann ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ { \left( \psi^{-1} \varphi \psi \right) } (x) }
{ = }{ \psi^{-1} (\varphi ( \psi (x))) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Dabei gehört
\mathl{\psi(x) \in M'}{} und somit ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \varphi(\psi(x)) }
{ = }{ \psi (x) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Also ist
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{\psi^{-1} ( \varphi (\psi(x))) }
{ =} { \psi^{-1} ( \psi(x)) }
{ =} { x }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}}
{} \teilbeweis {}{}{}
{Die umgekehrte Inklusion ergibt sich genauso bzw. folgt direkt daraus, dass beide Gruppen die gleiche Anzahl besitzen.}
{}

}

Diese Aussage bedeutet, dass für konjugierte Zwischenkörper \mathkor {} {M} {und} {M'} {} in einer Galoiserweiterung auch ihre zugehörigen Galoisgruppen zueinander konjugiert sind im Sinne der folgenden Definition.


\inputdefinition
{}
{

Zwei \definitionsverweis {Untergruppen}{}{}
\mathl{H_1,H_2 \subseteq G}{} heißen zueinander \definitionswort {konjugiert}{,} wenn es einen \definitionsverweis {inneren Automorphismus}{}{} \maabbeledisp {\kappa_h} {G} {G } {g} {hgh^{-1} } {,} gibt, der eine Isomorphie zwischen \mathkor {} {H_1} {und} {H_2} {} stiftet.

}

\inputfaktbeweis
{Endliche Galoiserweiterung/Zwischenkörper/Konjugation und Überführung/Fakt}
{Korollar}
{}
{

\faktsituation {Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ K }
{ \subseteq }{ L }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine \definitionsverweis {endliche}{}{} \definitionsverweis {Galoiserweiterung}{}{} und sei
\mathbed {M} {}
{K \subseteq M \subseteq L} {}
{} {} {} {,} ein Zwischenkörper.}
\faktuebergang {Dann sind folgende Aussagen äquivalent.}
\faktfolgerung {\aufzaehlungzwei {Für alle
\mathl{\psi \in \operatorname{Gal}\, ( L {{|}} K )}{} ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \psi(M) }
{ = }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} } {Die Untergruppe
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \operatorname{Gal}\, ( L {{|}} M ) }
{ \subseteq }{ \operatorname{Gal}\, ( L {{|}} K ) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ist nur zu sich selbst \definitionsverweis {konjugiert}{}{.} }}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{ Siehe Aufgabe 17.13. }


Wir wissen nach Korollar 16.7, dass bei einer Galoiserweiterung
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{K }
{ \subseteq }{L }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und einem Zwischenkörper
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{K }
{ \subseteq }{M }
{ \subseteq }{L }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} auch die hintere Erweiterung
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{M }
{ \subseteq }{L }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} galoissch ist. Die Erweiterung
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{K }
{ \subseteq }{M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} muss hingegen nicht galoisch sein, vielmehr liefert die folgende Aussage ein Kriterium.




\inputfaktbeweis
{Endliche Galoiserweiterung/Zwischenkörper/Galois über Grundkörper/Normale Untergruppe/Fakt}
{Satz}
{}
{

\faktsituation {Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ K }
{ \subseteq }{ L }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine \definitionsverweis {endliche}{}{} \definitionsverweis {Galoiserweiterung}{}{} und
\mathbed {M} {}
{K \subseteq M \subseteq L} {}
{} {} {} {,} ein Zwischenkörper.}
\faktuebergang {Dann gelten folgende Aussagen.}
\faktfolgerung {\aufzaehlungzwei {Die Körpererweiterung
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{K }
{ \subseteq }{M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ist genau dann eine \definitionsverweis {Galoiserweiterung}{}{,} wenn die Untergruppe
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \operatorname{Gal}\, ( L {{|}} M ) }
{ \subseteq }{ \operatorname{Gal}\, ( L {{|}} K ) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein \definitionsverweis {Normalteiler}{}{} ist. } {Sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{K }
{ \subseteq }{M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Galoiserweiterung. Dann besteht zwischen den Galoisgruppen die natürliche Restklassenbeziehung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \operatorname{Gal}\, ( M {{|}} K ) }
{ =} { \operatorname{Gal}\, ( L {{|}} K ) / \operatorname{Gal}\, ( L {{|}} M ) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Bei dieser Zuordnung wird ein Automorphismus
\mathl{\varphi \in \operatorname{Gal}\, ( L {{|}} K )}{} auf $M$ eingeschränkt. }}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{

\teilbeweis {}{}{}
{(1). Da die Körpererweiterung
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{K }
{ \subseteq }{M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} \definitionsverweis {separabel}{}{} ist, muss aufgrund von Satz 16.6 nur die Normalität betrachtet werden. Nach Satz 15.4  (4) ist die Körpererweiterung
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{K }
{ \subseteq }{M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} genau dann normal, wenn jeder $K$-\definitionsverweis {Automorphismus}{}{} von $L$ den Unterkörper $M$ in sich selbst überführt. Dies ist wegen Korollar 17.4 genau dann der Fall, wenn
\mathl{\operatorname{Gal}\, ( L {{|}} M )}{} unter jeder \definitionsverweis {Konjugation}{}{} auf sich selbst abgebildet wird, also nach Lemma 5.4 ein \definitionsverweis {Normalteiler}{}{} ist.}
{} \teilbeweis {}{}{}
{(2). Es sei nun
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{K }
{ \subseteq }{M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} normal. Dann ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \varphi(M) }
{ = }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} für jedes
\mathl{\varphi \in \operatorname{Gal}\, ( L {{|}} K )}{} und somit gibt es eine natürliche Abbildung \maabbeledisp {} { \operatorname{Gal}\, ( L {{|}} K )} { \operatorname{Gal}\, ( M {{|}} K ) } { \varphi} { \varphi {{|}}_M } {.} Diese ist offensichtlich ein \definitionsverweis {Gruppenhomomorphismus}{}{.} Aufgrund von Satz 15.4 gibt es für einen Automorphismus
\mathl{\psi \in \operatorname{Gal}\, ( M {{|}} K )}{} eine Fortsetzung zu einem Automorphismus
\mathl{\tilde{\psi} \in \operatorname{Gal}\, ( L {{|}} K )}{.} Daher ist der Gruppenhomomorphismus \definitionsverweis {surjektiv}{}{.} Der \definitionsverweis {Kern}{}{} davon ist offenbar
\mathl{\operatorname{Gal}\, ( L {{|}} M )}{,} sodass sich die behauptete Isomorphie aus Korollar 5.11 ergibt.}
{}

}






\zwischenueberschrift{Beispiele zur Galoiskorrespondenz}

Die zuletzt genannte Aussage ist natürlich im Fall, dass eine Galoiserweiterung mit abelscher Galoisgruppe vorliegt, unmittelbar anwendbar. In dieser Situation ist also jeder Zwischenkörper über dem Grundkörper galoissch.




\inputbeispiel{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ {\mathbb F}_{ p } }
{ \subseteq }{ {\mathbb F}_{ q } }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{q }
{ = }{ p^{ n } }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Körpererweiterung endlicher Körper. Nach Satz 16.9 ist dies eine \definitionsverweis {Galoiserweiterung}{}{} mit \definitionsverweis {zyklischer}{}{} \definitionsverweis {Galoisgruppe}{}{} der Ordnung $n$, die vom \definitionsverweis {Frobeniushomomorphismus}{}{} $\Phi$ erzeugt wird. Die Galoisgruppe ist also isomorph zu
\mathl{\Z/(n)}{.} Die Untergruppen von
\mathl{\Z/(n)}{} sind von der Form
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{H }
{ =} { \langle m \rangle }
{ =} { \{0, m, 2 m , \ldots , ( k -1 ) m \} }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} mit einem Teiler $m$ von $n$, wobei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ k }
{ = }{ { \frac{ n }{ m } } }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} die \definitionsverweis {Ordnung}{}{} der Untergruppe ist. Der zugehörige \definitionsverweis {Fixkörper}{}{} ist der Fixkörper zu $\Phi^{ m }$, der nach Korollar 16.10 isomorph zu
\mathl{{\mathbb F}_{ p^{ m } }}{} ist, und $H$ ist die Galoisgruppe von
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ {\mathbb F}_{ p^{ m } } }
{ \subseteq }{ {\mathbb F}_{ p^{ n } } }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.}

Zu jeder Untergruppe
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{H }
{ = }{\langle m \rangle }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} gibt es die \definitionsverweis {Restklassenabbildung}{}{} \maabbdisp {} {\Z/( n )} { (\Z/( n ))/H \cong \Z/({ m }) } {.} Gemäß Satz 17.5 ist die Restklassengruppe dabei die Galoisgruppe von
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ {\mathbb F}_{ p } }
{ \subseteq }{ {\mathbb F}_{ p^{ m } } }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{,} und der Frobenius $\Phi$ von ${\mathbb F}_{ p^{ n } }$ wird dabei auf den Frobenius von ${\mathbb F}_{ p^{ m } }$ eingeschränkt.

Insbesondere hängen die Anzahl und die Inklusionsbeziehungen der Zwischenkörper von
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ {\mathbb F}_{ p } }
{ \subseteq }{ {\mathbb F}_{ p^{ n } } }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} nur von $n$ und nicht von der Primzahl ab.


}





\inputfaktbeweis
{Graduierte Körpererweiterung/Einheitswurzeln/Galoiskorrespondenz/Fakt}
{Proposition}
{}
{

\faktsituation {Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{,} $D$ eine \definitionsverweis {endliche}{}{} \definitionsverweis {kommutative Gruppe}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ K }
{ \subseteq }{ L }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine $D$-\definitionsverweis {graduierte Körpererweiterung}{}{.}}
\faktvoraussetzung {Der Körper $K$ enthalte eine $m$-te \definitionsverweis {primitive Einheitswurzel}{}{,} wobei $m$ der \definitionsverweis {Exponent}{}{} von $D$ sei.}
\faktfolgerung {Dann ist jeder Zwischenkörper
\mathbed {M} {}
{K \subseteq M \subseteq L} {}
{} {} {} {,} von der Form
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{M }
{ = }{\bigoplus_{d \in E} L_d }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} mit einer eindeutig bestimmten Untergruppe
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{E }
{ \subseteq }{D }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.}}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{

Die Körpererweiterung
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{K }
{ \subseteq }{L }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ist nach Satz 14.11 eine \definitionsverweis {Galoiserweiterung}{}{} mit \definitionsverweis {Galoisgruppe}{}{}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{G }
{ = }{ \operatorname{Char} \, (D, K ) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Da $K$ hinreichend viele Einheitswurzeln besitzt, entsprechen sich die Untergruppen von $D$ und von $G$ über die \definitionsverweis {Charakter-Korrespondenz}{}{}
\mathdisp {E \longmapsto E^{ { \perp } } = { \left\{ \chi \in G \mid \chi(d) = 1 \text { für alle } d \in E \right\} }} { }
und
\mathdisp {H \longmapsto H^{ { \perp } } = { \left\{ d \in D \mid \chi(d) = 1 \text { für alle } \chi \in H \right\} }} { . }
Zu jeder Untergruppe
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{E }
{ \subseteq }{D }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ist
\mathl{\bigoplus_{d \in E} L_d}{} ein Zwischenkörper. Da wegen der Galoiskor\-respondenz die Anzahl der Zwischenkörper mit der Anzahl der Untergruppen der Galoisgruppe, und diese mit der Anzahl der Untergruppen in $D$ übereinstimmt, ist jeder Zwischenkörper von dieser Form und insbesondere graduiert.

}


Zu einer Untergruppe
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{H }
{ \subseteq }{G }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ist dabei
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \operatorname{Fix}\, ( H ) }
{ =} { \bigoplus_{d \in H^{ { \perp } } } L_d }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{,} und zu einem Unterkörper
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{M }
{ = }{L_E }
{ = }{\bigoplus_{d \in E} L_d }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ist
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{\operatorname{Gal}\, ( L {{|}} M ) }
{ =} { E^{ { \perp } } }
{ =} { { \left\{ \chi \in D^{ \vee } \mid \chi(d) = 1 \text{ für alle } d \in E \right\} } }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Die Galoisgruppe von
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{M }
{ =} {L_E }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} über $K$ ist gleich
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \operatorname{Gal}\, ( M {{|}} K ) }
{ =} { E^{ \vee } }
{ =} { D^{ \vee } / E^{ { \perp } } }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

Die bijektive Beziehung zwischen Zwischenkörpern und Untergruppen der graduierenden Gruppe im Galoisfall wird manchmal auch als \stichwort {Kogaloiskorrespondenz} {} bezeichnet. Bei ihr werden Inklusionen erhalten und drehen sich nicht wie bei der Galoiskorrespondenz um \zusatzklammer {bei der Bijektion zwischen Untergruppen und ihrem Charakterdual drehen sich die Inklusionen um} {} {.}






\bild{ \begin{center}
\includegraphics[width=5.5cm]{\bildeinlesung {Lattice_diagram_of_Q_adjoin_the_positive_square_roots_of_2_and_3,_its_subfields,_and_Galois_groups.svg} }
\end{center}
\bildtext {} }

\bildlizenz { Lattice diagram of Q adjoin the positive square roots of 2 and 3, its subfields, and Galois groups.svg } {} {Bender2k14} {Commons} {CC BY-SA 3.0} {}




\inputbeispiel{}
{

Wir knüpfen an Beispiel 12.8 an. Aufgrund von Satz 14.11 liegt eine \definitionsverweis {Galoiserweiterung}{}{} vor. Die graduierende Gruppe ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{D }
{ = }{ \Z/(2) \times \Z/(2) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Neben der \definitionsverweis {trivialen Untergruppe}{}{} und $D$ selbst gibt es noch die drei Untergruppen
\mathl{\{ (0,0), (1,0) \}, \, \{ (0,0), (0,1) \}, \, \{ (0,0), (1,1) \}}{,} die den Zwischen\-körpern
\mathdisp {\Q,\, \Q (\sqrt{2}),\, \Q(\sqrt{3}),\, \Q(\sqrt{6}),\, L} { }
entsprechen. Wegen Proposition 17.7 gibt es keine weiteren Zwischenkörper. Die \definitionsverweis {Galoisgruppe}{}{} ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{G }
{ = }{ D^{ \vee } }
{ \cong }{ \Z/(2) \times \Z/(2) }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} nach Satz 14.11. Zur Untergruppe
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{E }
{ = }{\{ (0,0), (1,0) \} }
{ \subseteq }{ D }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} gehört dabei $E^{ { \perp } }$ \zusatzklammer {das der Galoisgruppe \mathlk{\operatorname{Gal}\, ( L_E {{|}} \Q )}{} entspricht} {} {,} das aus dem konstanten Charakter und der Abbildung \maabbdisp {\chi} {D} {\Q^\times } {} besteht, die $E$ auf $1$ und
\mathl{D \setminus E}{} auf $-1$ abbildet. Dazu gehört wiederum der durch
\mathdisp {1 \longmapsto 1,\, \sqrt{2} \longmapsto \sqrt{2},\, \sqrt{3} \longmapsto - \sqrt{3},\, \sqrt{6} \longmapsto - \sqrt{6}} { }
festgelegte $\Q$-Automorphismus $\varphi$.


}




\inputbeispiel{}
{

Wir betrachten die $\Z/(6)$-\definitionsverweis {graduierte Körpererweiterung}{}{}
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \Q }
{ \subseteq} { L }
{ =} { \Q[ \sqrt[3]{2}, \sqrt{-3} ] }
{ =} { \Q [\sqrt[6]{-108}] }
{ =} { \Q[X]/(X^6+108) }
} {}{}{.} Die Graduierung ist durch
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{L_i }
{ = }{\Q \cdot x^{i} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{x }
{ = }{ \sqrt[6]{-108} }
{ = }{ \sqrt[3]{2} \cdot \sqrt{-3} }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} gegeben. Es ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \sqrt{-3} }
{ = }{ - { \frac{ 1 }{ 6 } } x^3 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \sqrt[3]{2} }
{ = }{ { \frac{ 1 }{ 18 } } x^4 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Da es in $\Q$ keine primitive dritte Einheitswurzel gibt, ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \operatorname{Char} \, ( \Z/(6) , \Q^\times ) }
{ \cong }{ \Z/(2) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und daher gibt es nur zwei \definitionsverweis {homogene Automorphismen}{}{} \zusatzklammer {somit ist dies auch keine \definitionsverweis {Kummererweiterung}{}{\zusatzfussnote {Siehe die nächste Vorlesung} {.} {.}}} {} {.} Dennoch handelt es sich um eine \definitionsverweis {Galoiserweiterung}{}{.} Zunächst gehört
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{\zeta_3 }
{ =} { { \frac{ -1 + \sqrt{-3} }{ 2 } } }
{ =} { { \frac{ -6-x^3 }{ 12 } } }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} zu $L$ und es ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \Q(\zeta_3) }
{ = }{ \Q(\sqrt{-3} ) }
{ = }{ L_0 \oplus L_3 }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Ein weiterer \zusatzklammer {mit der Graduierung verträglicher} {} {} Zwischenkörper ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \Q { \left( \sqrt[3]{2} \right) } }
{ = }{L_0 \oplus L_2 \oplus L_4 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Die durch
\mathl{x^{i} \mapsto (-1)^{i} x^{i}}{} gegebene Abbildung ist ein \definitionsverweis {homogener Automorphismus}{}{} $\varphi$ mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \varphi^2 }
{ = }{ \operatorname{Id} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Aber auch die Zuordnung
\mathl{x^{i} \mapsto (\zeta_3)^{i} x^{i}}{} definiert einen \zusatzklammer {nicht-homogenen} {} {} Automorphismus $\psi$ mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \psi^3 }
{ = }{ \operatorname{Id} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Es gibt also insgesamt $6$ Automorphismen und daher liegt eine Galoiserweiterung vor. Dabei ist
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ (\varphi \circ \psi)(x) }
{ =} { \varphi (\psi(x)) }
{ =} { \varphi { \left( \zeta_3 x \right) } }
{ =} { \varphi { \left( { \frac{ -6x-x^4 }{ 12 } } \right) } }
{ =} { { \frac{ 6x-x^4 }{ 12 } } }
} {}{}{} und
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ (\psi \circ \varphi)(x) }
{ =} { \psi (\varphi (x)) }
{ =} { \psi (- x ) }
{ =} { - \psi(x) }
{ =} { - { \frac{ -6x-x^4 }{ 12 } } }
} {
\vergleichskettefortsetzung
{ =} { { \frac{ 6x+x^4 }{ 12 } } }
{ } {}
{ } {}
{ } {}
}{}{.} Daher ist die Galoisgruppe nicht kommutativ, und es muss
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \operatorname{Gal}\, ( L {{|}} \Q ) }
{ = }{ S_3 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} sein. Der Körper
\mathl{\psi { \left( \Q { \left( \sqrt[3]{2} \right) } \right) }}{} ist ein nichthomogener Zwischenkörper.


}