Эндоморфизм Фробениуса

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Эндоморфизм Фробениуса — эндоморфизм коммутативного кольца простой характеристики , задаётся формулой . В некоторых случаях, например, в случае конечного поля, эндоморфизм Фробениуса является автоморфизмом, однако в общем случае это не так.

Определение и базовые свойства

[править | править код]

Пусть  — коммутативное кольцо простой характеристики (в частности, таким является любое целостное кольцо ненулевой характеристики). Эндоморфизм Фробениуса кольца определяется формулой . Эндоморфизм Фробениуса действительно является гомоморфизмом колец, так как (для того, чтобы доказать последнее тождество, достаточно расписать левую часть по формуле бинома Ньютона и заметить, что все биномиальные коэффициенты, кроме первого и последнего, делятся на ).

Если  — произвольный гомоморфизм колец простой характеристики , то , то есть: .

Это значит, что эндоморфизм Фробениуса является естественным преобразованием тождественного функтора (на категории коммутативных колец характеристики ) в себя.

Если кольцо не содержит нетривиальных нильпотентов, то эндоморфизм Фробениуса инъективен (так как его ядро нулевое). Легко доказать, что верно и обратное: если  — нетривиальный нильпотент, обнуляющийся начиная со степени , то . Эндоморфизм Фробениуса не обязательно сюръективен, даже если является полем. Например, пусть  — поле рациональных функций с коэффициентами в , тогда функция не лежит в образе эндоморфизма Фробениуса.

Поле называется совершенным, если его характеристика равна нулю, либо характеристика положительна и эндоморфизм Фробениуса сюръективен (а следовательно, является автоморфизмом). В частности, все конечные поля являются совершенными.

Неподвижные точки

[править | править код]

Рассмотрим конечное поле . Согласно малой теореме Ферма, все элементы этого поля удовлетворяют уравнению . Уравнение -й степени не может иметь более корней, следовательно, в любом расширении поля неподвижные точки эндоморфизма Фробениуса — это в точности элементы поля . Аналогичное утверждение верно для целостных колец характеристики .

Сходным свойствам удовлетворяют и степени эндоморфизма Фробениуса. Если  — конечное поле, все его элементы удовлетворяют уравнению и в любом расширении этого поля элементы исходного поля являются неподвижными точками -й степени эндоморфизма Фробениуса, то есть неподвижными точками .

Порождающий элемент группы Галуа

[править | править код]

Группа Галуа конечного расширения конечного поля является циклической и порождается степенью эндоморфизма Фробениуса. Рассмотрим сначала случай, когда основное поле является простым. Пусть  — конечное поле, где . Эндоморфизм Фробениуса сохраняет элементы простого поля , поэтому он является элементом группы Галуа расширения . Оказывается, что эта группа является циклической и порождается . Порядок этой группы равен , так как эндоморфизм действует на тождественно, а меньшие степени не могут действовать тождественно.

В расширении основное поле фиксируется -й степенью эндоморфизма Фробениуса, группа Галуа расширения порождается и имеет порядок .

Эндоморфизм Фробениуса для схем

[править | править код]

Литература

[править | править код]
  • Лидл Р. Нидеррайтер Г. Конечные поля. В 2-х тт. — М.: Мир, 1998.
  • Фробениуса автоморфизм — статья из Математической энциклопедии. Л. В. Кузьмин
  • Фробениуса эндоморфзим — статья из Математической энциклопедии. Л. В. Кузьмин