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authorAndreas Müller <andreas.mueller@ost.ch>2021-04-09 08:05:22 +0200
committerAndreas Müller <andreas.mueller@ost.ch>2021-04-09 08:05:22 +0200
commita7a6dcb0d01f5200011a3c49d3783f34a8efed44 (patch)
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9 files changed, 406 insertions, 24 deletions
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index 0700acf..50adc4f 100644
--- a/vorlesungen/06_msegalois/common.tex
+++ b/vorlesungen/06_msegalois/common.tex
@@ -9,7 +9,7 @@
\usetheme[hideothersubsections,hidetitle]{Hannover}
}
\beamertemplatenavigationsymbolsempty
-\title[Titel]{Titel}
+\title[Galois]{Galois-Theorie}
\author[A.~Müller]{Prof. Dr. Andreas Müller}
\date[]{}
\newboolean{presentation}
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index 37739aa..95695c4 100644
--- a/vorlesungen/06_msegalois/slides.tex
+++ b/vorlesungen/06_msegalois/slides.tex
@@ -5,28 +5,19 @@
%
\section{Körpererweiterungen}
-% XXX Was ist eine Körpererweiterung
\folie{4/galois/erweiterung.tex}
-\section{Galois-Gruppe}
-% XXX Übersetzung Körpererweiterungsstruktur in eine Gruppe
-\folie{4/galois/automorphismus.tex}
-
\section{Geometrische Anwendungen}
-% XXX Geometrische Konstruktionen
\folie{4/galois/konstruktion.tex}
-% XXX Verdoppelung des Würfels
\folie{4/galois/wuerfel.tex}
-% XXX Dreiteilung des Winkels
\folie{4/galois/winkeldreiteilung.tex}
-% XXX Quadratur des Kreises
\folie{4/galois/quadratur.tex}
+\section{Galois-Gruppe}
+\folie{4/galois/automorphismus.tex}
+
\section{Lösbarkeit durch Radikale}
-% XXX Wurzelformeln mit Radikalen
\folie{4/galois/radikale.tex}
-% XXX Auflösbarkeit einer Gruppe
\folie{4/galois/aufloesbarkeit.tex}
-% XXX S_n ist nicht auflösbar
\folie{4/galois/sn.tex}
diff --git a/vorlesungen/slides/4/galois/aufloesbarkeit.tex b/vorlesungen/slides/4/galois/aufloesbarkeit.tex
index 3215689..ef5902b 100644
--- a/vorlesungen/slides/4/galois/aufloesbarkeit.tex
+++ b/vorlesungen/slides/4/galois/aufloesbarkeit.tex
@@ -4,11 +4,117 @@
% (c) 2021 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule
%
\begin{frame}[t]
+\setlength{\abovedisplayskip}{5pt}
+\setlength{\belowdisplayskip}{5pt}
\frametitle{Auflösbarkeit}
+\vspace{-20pt}
\begin{columns}[t,onlytextwidth]
\begin{column}{0.48\textwidth}
+\uncover<2->{%
+\begin{block}{Radikalerweiterung}
+Automorphismen $f\in \operatorname{Gal}(\Bbbk(\alpha)/\Bbbk)$
+einer Radikalerweiterung
+\[
+\Bbbk \subset \Bbbk(\alpha)
+\]
+sind festgelegt durch Wahl von $f(\alpha)$.
+
+\begin{itemize}
+\item<3-> Warum: Alle $f(\alpha^k)$ sind auch festgelegt
+\item<4-> $f(\alpha)$ muss eine andere Nullstelle des Minimalpolynoms sein
+\end{itemize}
+
+\end{block}}
+\uncover<8->{%
+\begin{block}{Irreduzibles Polynom $m(X)\in\mathbb{Q}[X]$}
+$\mathbb{Q}\subset \Bbbk$,
+$n$ verschiedene Nullstellen $\mathbb{C}$:
+\[
+\uncover<9->{
+\operatorname{Gal}(\Bbbk/\mathbb{Q})
+\cong
+S_n}
+\uncover<10->{
+\quad
+\text{auflösbar?}}
+\]
+\end{block}}
\end{column}
\begin{column}{0.48\textwidth}
+\begin{block}{\uncover<5->{Galois-Gruppen}}
+\begin{center}
+\begin{tikzpicture}[>=latex,thick]
+\def\s{1.2}
+
+\uncover<2->{
+\fill[color=blue!20] (-1.1,-0.3) rectangle (0.3,{5*\s+0.3});
+\node[color=blue] at (-0.7,{2.5*\s}) [rotate=90] {Radikalerweiterungen};
+}
+
+\node at (0,0) {$\mathbb{Q}$};
+\node at (0,{1*\s}) {$E_1$};
+\node at (0,{2*\s}) {$E_2$};
+\node at (0,{3*\s}) {$E_3$};
+\node at (0,{4*\s}) {$\vdots\mathstrut$};
+\node at (0,{5*\s}) {$\Bbbk$};
+\draw[shorten >= 0.3cm,shorten <= 0.3cm] (0,{0*\s}) -- (0,{1*\s});
+\draw[shorten >= 0.3cm,shorten <= 0.3cm] (0,{1*\s}) -- (0,{2*\s});
+\draw[shorten >= 0.3cm,shorten <= 0.3cm] (0,{2*\s}) -- (0,{3*\s});
+\draw[shorten >= 0.3cm,shorten <= 0.3cm] (0,{3*\s}) -- (0,{4*\s});
+\draw[shorten >= 0.3cm,shorten <= 0.3cm] (0,{4*\s}) -- (0,{5*\s});
+
+\begin{scope}[xshift=0.5cm]
+\uncover<7->{
+\fill[color=red!20] (0,{0*\s-0.3}) rectangle (4.8,{5*\s+0.3});
+\node[color=red] at (4.5,{2.5*\s}) [rotate=90] {Auflösung der Galois-Gruppe};
+}
+\uncover<5->{
+\node at (0,{0*\s}) [right] {$\operatorname{Gal}(\Bbbk/\mathbb{Q})$};
+\node at (0,{1*\s}) [right] {$\operatorname{Gal}(\Bbbk/E_1)$};
+\node at (0,{2*\s}) [right] {$\operatorname{Gal}(\Bbbk/E_2)$};
+\node at (0,{3*\s}) [right] {$\operatorname{Gal}(\Bbbk/E_3)$};
+\node at (1,{4*\s}) {$\vdots\mathstrut$};
+\node at (0,{5*\s}) [right] {$\operatorname{Gal}(\Bbbk/\Bbbk)$};
+\node at (1,{0.5*\s}) {$\cap\mathstrut$};
+\node at (1,{1.5*\s}) {$\cap\mathstrut$};
+\node at (1,{2.5*\s}) {$\cap\mathstrut$};
+\node at (1,{3.5*\s}) {$\cap\mathstrut$};
+\node at (1,{4.5*\s}) {$\cap\mathstrut$};
+}
+
+\uncover<6->{
+\begin{scope}[xshift=2.5cm]
+\node at (0,{0*\s}) {$G_n$};
+\node at (0,{1*\s}) {$G_{n-1}$};
+\node at (0,{2*\s}) {$G_{n-2}$};
+\node at (0,{3*\s}) {$G_{n-3}$};
+\node at (0,{5*\s}) {$G_0=\{e\}$};
+\node at (0,{0.5*\s}) {$\cap\mathstrut$};
+\node at (0,{1.5*\s}) {$\cap\mathstrut$};
+\node at (0,{2.5*\s}) {$\cap\mathstrut$};
+\node at (0,{3.5*\s}) {$\cap\mathstrut$};
+\node at (0,{4.5*\s}) {$\cap\mathstrut$};
+}
+
+\uncover<7->{
+\node[color=red] at (0.2,{0.5*\s+0.1}) [right] {\tiny $G_n/G_{n-1}$};
+\node[color=red] at (0.2,{0.5*\s-0.1}) [right] {\tiny abelsch};
+
+\node[color=red] at (0.2,{1.5*\s+0.1}) [right] {\tiny $G_{n-1}/G_{n-2}$};
+\node[color=red] at (0.2,{1.5*\s-0.1}) [right] {\tiny abelsch};
+
+\node[color=red] at (0.2,{2.5*\s+0.1}) [right] {\tiny $G_{n-2}/G_{n-3}$};
+\node[color=red] at (0.2,{2.5*\s-0.1}) [right] {\tiny abelsch};
+}
+
+\end{scope}
+\end{scope}
+
+
+
+\end{tikzpicture}
+\end{center}
+\end{block}
\end{column}
\end{columns}
\end{frame}
diff --git a/vorlesungen/slides/4/galois/automorphismus.tex b/vorlesungen/slides/4/galois/automorphismus.tex
index ab666cf..6051813 100644
--- a/vorlesungen/slides/4/galois/automorphismus.tex
+++ b/vorlesungen/slides/4/galois/automorphismus.tex
@@ -4,11 +4,115 @@
% (c) 2021 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule
%
\begin{frame}[t]
-\frametitle{Automorphismen}
+\setlength{\abovedisplayskip}{4pt}
+\setlength{\belowdisplayskip}{4pt}
+\frametitle{Galois-Gruppe}
+\vspace{-20pt}
\begin{columns}[t,onlytextwidth]
-\begin{column}{0.48\textwidth}
+\begin{column}{0.40\textwidth}
+\begin{center}
+\begin{tikzpicture}[>=latex,thick]
+\def\s{3.0}
+\begin{scope}[xshift=-1.5cm]
+\node at (0,{\s+0.1}) [above] {Körpererweiterung\strut};
+\node at (0,{\s}) {$G$};
+\draw[shorten >= 0.3cm,shorten <= 0.3cm] (0,{-\s}) -- (0,0);
+\draw[shorten >= 0.3cm,shorten <= 0.3cm] (0,{\s}) -- (0,0);
+\node at (0,{-0.5*\s}) [left] {$[F:E]$};
+\node at (0,{0.5*\s}) [left] {$[G:F]$};
+\node at (0,0) {$F$};
+\node at (0,{-\s}) {$E$};
+\end{scope}
+\uncover<3->{
+\begin{scope}[xshift=1.8cm]
+\node at (0,{\s+0.1}) [above] {Gruppe\strut};
+\fill (0,{-\s}) circle[radius=0.06];
+\fill (0,0) circle[radius=0.06];
+\fill (0,{\s}) circle[radius=0.06];
+\draw[shorten >= 0.1cm,shorten <= 0.1cm]
+ (0,{-\s}) to[out=100,in=-100] (0,{\s});
+\draw[shorten >= 0.1cm,shorten <= 0.1cm]
+ (0,{-\s}) to[out=80,in=-80] (0,0);
+\draw[shorten >= 0.1cm,shorten <= 0.1cm]
+ (0,0) to[out=80,in=-80] (0,{\s});
+\node at (-0.6,0) [rotate=90] {$\operatorname{Gal}(G/E)$};
+\node at (0.45,{0.5*\s}) [rotate=90] {$\operatorname{Gal}(G/F)$};
+\node at (0.45,{-0.5*\s}) [rotate=90] {$\operatorname{Gal}(F/E)$};
+\end{scope}
+\draw[->,color=red!20,line width=14pt] (-1.4,{0.6*\s}) -- (1.4,{0.6*\s});
+\node[color=red] at (0,{0.6*\s}) {$\operatorname{Gal}$};
+}
+\uncover<4->{
+\draw[<-,color=blue!20,line width=14pt] (-1.4,{-0.6*\s}) -- (1.4,{-0.6*\s});
+\node[color=blue] at (0,{-0.6*\s}) {$\operatorname{Fix}, F^H$};
+}
+\end{tikzpicture}
+\end{center}
\end{column}
-\begin{column}{0.48\textwidth}
+\begin{column}{0.56\textwidth}
+\uncover<2->{%
+\begin{block}{Automorphismus}
+\vspace{-10pt}
+\[
+\operatorname{Aut}(F)
+=
+\left\{
+f\colon F\to F
+\left|
+\begin{aligned}
+f(x+y)&=f(x)+f(y)\\
+f(xy)&=f(x)f(y)
+\end{aligned}
+\right.
+\right\}
+\]
+\end{block}}
+\vspace{-10pt}
+\uncover<3->{%
+\begin{block}{Galois-Gruppe}
+Automorphismen, die $E$ festlassen
+\[
+{\color{red}
+\operatorname{Gal}(F/E)
+}
+=
+\left\{
+\varphi\in\operatorname{Aut}(F)\;|\; \varphi(x)=x\forall x\in E
+\right\}
+\]
+\end{block}}
+\vspace{-10pt}
+\uncover<4->{%
+\begin{block}{Fixkörper}
+$H\subset \operatorname{Aut}(F)$:
+\begin{align*}
+{\color{blue}F^H}
+&=
+\{x\in F\;|\; hx = x\forall h\in H\}
+=\operatorname{Fix}(H)
+\end{align*}
+\end{block}}
+\vspace{-13pt}
+\uncover<5->{%
+\begin{block}{Beispiel}
+\begin{itemize}
+\item<6->
+\(
+\operatorname{Gal}(\mathbb{C}/\mathbb{R})
+=
+\{
+\operatorname{id}_{\mathbb{C}},
+\operatorname{conj}\colon z\mapsto\overline{z}
+\}
+\)
+\item<7->
+\(
+\mathbb{C}^{\operatorname{conj}}
+=
+\mathbb{R}
+\)
+\end{itemize}
+\end{block}}
\end{column}
\end{columns}
\end{frame}
diff --git a/vorlesungen/slides/4/galois/erweiterung.tex b/vorlesungen/slides/4/galois/erweiterung.tex
index 1cf0bec..6909849 100644
--- a/vorlesungen/slides/4/galois/erweiterung.tex
+++ b/vorlesungen/slides/4/galois/erweiterung.tex
@@ -4,11 +4,62 @@
% (c) 2021 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule
%
\begin{frame}[t]
+\setlength{\abovedisplayskip}{5pt}
+\setlength{\belowdisplayskip}{5pt}
\frametitle{Körpererweiterungen}
+\vspace{-20pt}
\begin{columns}[t,onlytextwidth]
\begin{column}{0.48\textwidth}
+\begin{block}{Körpererweiterung}
+$E,F$ Körper: $E\subset F$
+\end{block}
+\uncover<6->{%
+\begin{block}{Vektorraum}
+$F$ ist ein Vektorraum über $E$
+\end{block}}
+\uncover<7->{%
+\begin{block}{Endliche Körpererweiterung}
+$\dim_E F < \infty$
+\end{block}}
+\uncover<8->{%
+\begin{block}{Adjunktion eines $\alpha$}
+$\Bbbk(\alpha)$ kleinster Körper, der $\Bbbk$ und
+$\alpha$ enthält.
+\end{block}}
+\uncover<9->{%
+\begin{block}{Algebraische Erweiterung}
+$\alpha$ algebraisch über $\Bbbk$, i.~e.~Nullstelle von
+$m(X)\in\Bbbk[X]$
+\end{block}}
\end{column}
\begin{column}{0.48\textwidth}
+\uncover<2->{%
+\begin{block}{Beispiele}
+\begin{enumerate}
+\item<3->
+$\mathbb{R} \subset \mathbb{R}(i) = \mathbb{C}$
+\item<4->
+$\mathbb{Q}\subset \mathbb{Q}(\sqrt{2})$
+\item<5->
+$\mathbb{Q} \subset \mathbb{Q}(\sqrt{2}) \subset \mathbb{Q}(\sqrt[4]{2})$
+\end{enumerate}
+\end{block}}
+\uncover<7->{%
+\begin{block}{Grad}
+$E\subset F$ heisst Körpererweiterung vom Grad $n$, falls
+\[
+\dim_E F = n =: [F:E]
+\]
+\uncover<8->{%
+Gleichbedeutend: $\deg m(X) = n$}
+\uncover<10->{%
+\[
+E\subset F\subset G
+\Rightarrow
+[G:E] = [G:F]\cdot [F:E]
+\]
+(in unseren Fällen)}
+\end{block}}
\end{column}
\end{columns}
\end{frame}
diff --git a/vorlesungen/slides/4/galois/konstruktion.tex b/vorlesungen/slides/4/galois/konstruktion.tex
index 6afa359..094b570 100644
--- a/vorlesungen/slides/4/galois/konstruktion.tex
+++ b/vorlesungen/slides/4/galois/konstruktion.tex
@@ -142,4 +142,6 @@ $\Rightarrow$ jede beliebige Quadratwurzel kann konstruiert werden}
\end{center}}
\end{column}
\end{columns}
+\uncover<14->{{\usebeamercolor[fg]{title}Folgerung:}
+Konstruierbar sind Körpererweiterungen $[F:E] = 2^l$}
\end{frame}
diff --git a/vorlesungen/slides/4/galois/radikale.tex b/vorlesungen/slides/4/galois/radikale.tex
index 52fc4b9..e9e4ce8 100644
--- a/vorlesungen/slides/4/galois/radikale.tex
+++ b/vorlesungen/slides/4/galois/radikale.tex
@@ -4,11 +4,66 @@
% (c) 2021 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule
%
\begin{frame}[t]
-\frametitle{Radikale}
+\setlength{\abovedisplayskip}{5pt}
+\setlength{\belowdisplayskip}{5pt}
+\frametitle{Lösung durch Radikale}
+\vspace{-20pt}
\begin{columns}[t,onlytextwidth]
\begin{column}{0.48\textwidth}
+\begin{block}{Problemstellung}
+Finde Nullstellen eines Polynomes
+\[
+p(X)
+=
+a_nX^n + a_{n-1}X^{n-1}
++\dots+
+a_1X+a_0
+\]
+$p\in\mathbb{Q}[X]$
+\end{block}
+\uncover<2->{%
+\begin{block}{Radikale}
+Geschachtelte Wurzelausdrücke
+\[
+\sqrt[3]{
+-\frac{q}2 +\sqrt{\frac{q^2}{4}+\frac{p^3}{27}}
+}
++
+\sqrt[3]{
+-\frac{q}2 -\sqrt{\frac{q^2}{4}+\frac{p^3}{27}}
+}
+\]
+\uncover<3->{(Lösung von $x^3+px+q=0$)}
+\end{block}}
+\uncover<4->{%
+\begin{block}{Lösbar durch Radikale}
+Nullstelle von $p(X)$ ist ein Radikal
+\end{block}}
\end{column}
\begin{column}{0.48\textwidth}
+\uncover<5->{%
+\begin{block}{Algebraische Formulierung}
+Gegeben ein irreduzibles Polynom $p\in\mathbb{Q}[X]$,
+finde eine Körpererweiterung $\mathbb{Q}\subset\Bbbk$, derart,
+dass $p$ in $\Bbbk$ eine Nullstelle hat\uncover<6->{:
+$\Bbbk = \mathbb{Q}[X]/(p)$}
+\end{block}}
+\uncover<7->{%
+\begin{block}{Radikalerweiterung}
+Körpererweiterung $\Bbbk\subset\Bbbk'$ um $\alpha$ mit einer der Eigenschaften
+\begin{itemize}
+\item<8-> $\alpha$ ist eine Einheitswurzel
+\item<9-> $\alpha^k\in\Bbbk$
+\end{itemize}
+\end{block}}
+\vspace{-5pt}
+\uncover<10->{%
+\begin{block}{Lösbar durch Radikale}
+Radikalerweiterungen
+\[
+\mathbb{Q} \subset \Bbbk \subset \Bbbk' \subset \dots \subset \Bbbk'' \ni \alpha
+\]
+\end{block}}
\end{column}
\end{columns}
\end{frame}
diff --git a/vorlesungen/slides/4/galois/sn.tex b/vorlesungen/slides/4/galois/sn.tex
index 0e3ebe2..1cae3fa 100644
--- a/vorlesungen/slides/4/galois/sn.tex
+++ b/vorlesungen/slides/4/galois/sn.tex
@@ -4,11 +4,84 @@
% (c) 2021 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule
%
\begin{frame}[t]
-\frametitle{Auflösbarkeit von $S_n$}
+\setlength{\abovedisplayskip}{5pt}
+\setlength{\belowdisplayskip}{5pt}
+\frametitle{Nichtauflösbarkeit von $S_n$}
+\vspace{-20pt}
\begin{columns}[t,onlytextwidth]
\begin{column}{0.48\textwidth}
+\begin{block}{Die symmetrische Gruppe $S_n$}
+Permutationen auf $n$ Elementen
+\[
+\sigma
+=
+\begin{pmatrix}
+1&2&3&\dots&n\\
+\sigma(1)&\sigma(2)&\sigma(3)&\dots&\sigma(n)
+\end{pmatrix}
+\]
+\end{block}
+\vspace{-10pt}
+\uncover<2->{%
+\begin{block}{Signum}
+$t(\sigma)=\mathstrut$ Anzahl Transpositionen
+\[
+\operatorname{sgn}(\sigma)
+=
+(-1)^{t(\sigma)}
+=
+\begin{cases}
+\phantom{-}1&\text{$t(\sigma)$ gerade}
+\\
+-1&\text{$t(\sigma)$ ungerade}
+\end{cases}
+\]
+Homomorphismus!
+\end{block}}
+\uncover<3->{%
+\begin{block}{Die alternierende Gruppe $A_n$}
+\vspace{-12pt}
+\[
+A_n = \ker \operatorname{sgn}
+=
+\{\sigma\in S_n\;|\;\operatorname{sgn}(\sigma)=1\}
+\]
+\end{block}}
\end{column}
\begin{column}{0.48\textwidth}
+\uncover<4->{%
+\begin{block}{Normale Untergruppe}
+\begin{itemize}
+\item
+$H\triangleleft G$ wenn $gHg^{-1}\subset G\;\forall g\in G$
+\item
+$G/N$ ist wohldefiniert
+\end{itemize}
+\end{block}}
+\vspace{-10pt}
+\uncover<5->{%
+\begin{block}{Einfache Gruppe}
+$G$ einfach $\Leftrightarrow$
+\[
+H\triangleleft G
+\;
+\Rightarrow
+\;
+\text{$H=\{e\}$ oder $H=G$}
+\]
+\end{block}}
+\vspace{-10pt}
+\uncover<6->{%
+\begin{block}{$n\ge 5 \Rightarrow A_n \text{ einfach}$}
+\begin{enumerate}
+\item<7-> Zeigen, dass $A_5$ einfach ist
+\item<8-> Vollständige Induktion: $A_n$ einfach $\Rightarrow A_{n+1}$ einfach
+\end{enumerate}
+\uncover<9->{%
+$\Rightarrow$ i.~A.~keine Lösung der
+einer Polynomgleichung vom Grad $\ge 5$ durch Radikale
+}
+\end{block}}
\end{column}
\end{columns}
\end{frame}
diff --git a/vorlesungen/slides/test.tex b/vorlesungen/slides/test.tex
index 5bdec4f..7e69436 100644
--- a/vorlesungen/slides/test.tex
+++ b/vorlesungen/slides/test.tex
@@ -25,13 +25,9 @@
% XXX Was ist eine Körpererweiterung
%\folie{4/galois/erweiterung.tex}
-\section{Galois-Gruppe}
-% XXX Übersetzung Körpererweiterungsstruktur in eine Gruppe
-%\folie{4/galois/automorphismus.tex}
-
\section{Geometrische Anwendungen}
% XXX Geometrische Konstruktionen
-\folie{4/galois/konstruktion.tex}
+%\folie{4/galois/konstruktion.tex}
% XXX Verdoppelung des Würfels
%\folie{4/galois/wuerfel.tex}
% XXX Dreiteilung des Winkels
@@ -39,11 +35,15 @@
% XXX Quadratur des Kreises
%\folie{4/galois/quadratur.tex}
+\section{Galois-Gruppe}
+% XXX Übersetzung Körpererweiterungsstruktur in eine Gruppe
+%\folie{4/galois/automorphismus.tex}
+
\section{Lösbarkeit durch Radikale}
% XXX Wurzelformeln mit Radikalen
%\folie{4/galois/radikale.tex}
% XXX Auflösbarkeit einer Gruppe
%\folie{4/galois/aufloesbarkeit.tex}
% XXX S_n ist nicht auflösbar
-%\folie{4/galois/sn.tex}
+\folie{4/galois/sn.tex}