maths.free › Abstract Algebra › Finite Fields › Structure of a Finite Field

Structure of a Finite Field

Recall that a field F has characteristic p if p is the smallest positive integer such that for every nonzero element \alpha in F, we have p \alpha = 0. If no such integer exists, then F has characteristic 0.

Structure of a Finite Field

Recall that a field \(F\) has characteristic \(p\) if \(p\) is the smallest positive integer such that for every nonzero element \(\alpha\) in \(F\), we have \(p \alpha = 0\). If no such integer exists, then \(F\) has characteristic \(0\). From we know that \(p\) must be prime. Suppose that \(F\) is a finite field with \(n\) elements. Then \(n \alpha = 0\) for all \(\alpha\) in \(F\). Consequently, the characteristic of \(F\) must be \(p\), where \(p\) is a prime dividing \(n\). This discussion is summarized in the following proposition.

Throughout this chapter we will assume that \(p\) is a prime number unless otherwise stated.

Proposition

If \(F\) is a finite field of characteristic \(p\), then the order of \(F\) is \(p^n\) for some \(n \in {\mathbb N}\).

Proof

Let \(\phi : {\mathbb Z} \rightarrow F\) be the ring homomorphism defined by \(\phi(n) = n \cdot 1\). Since the characteristic of \(F\) is \(p\), the kernel of \(\phi\) must be \(p {\mathbb Z}\) and the image of \(\phi\) must be a subfield of \(F\) isomorphic to \({\mathbb Z}_p\). We will denote this subfield by \(K\). Since \(F\) is a finite field, it must be a finite extension of \(K\) and, therefore, an algebraic extension of \(K\). Suppose that \([F : K] = n\) is the dimension of \(F\), where \(F\) is a \(K\) vector space. There must exist elements \(\alpha_1, \ldots, \alpha_n \in F\) such that any element \(\alpha\) in \(F\) can be written uniquely in the form \[\begin{aligned}\end{aligned}\], where the \(a_i\)'s are in \(K\). Since there are \(p\) elements in \(K\), there are \(p^n\) possible linear combinations of the \(\alpha_i\)'s. Therefore, the order of \(F\) must be \(p^n\).

Let \(F\) be a field. A polynomial \(f(x) \in F[x]\) of degree \(n\) is separable if it has \(n\) distinct roots in the splitting field of \(f(x)\); that is, \(f(x)\) is separable when it factors into distinct linear factors over the splitting field of \(f\). An extension \(E\) of \(F\) is a separable extension of \(F\) if every element in \(E\) is the root of a separable polynomial in \(F[x]\).

The unique finite field with \(p^n\) elements is called the Galois field of order \(p^n\). We will denote this field by \(\gf(p^n)\). \(\gf(p^n)\) Galois field of order \(p^n\)

Condensed: the full section is in Judson, Abstract Algebra: Theory and Applications.

Now you Không máy tính nào có thể tính toán được nó, nhưng các mảnh của nó có thể tính toán được. Thử một trong những cách dưới đây, hoặc gõ theo ý bạn.

Để cho anh làm việc

Một tài khoản miễn phí thêm ghi chú vào mỗi bài học, ghi chép những gì bạn đã hoàn thành, các bài toán bạn giải quyết ở một nơi, và một giáo viên bạn có thể hỏi về trang này. Toán học là mở cho mọi người, dù có đăng nhập hay không.

Đăng ký Đăng nhập

Ký hiệu được dùng ở đây

Nhấn vào bất kỳ ký hiệu nào để xem định nghĩa đầy đủ, một bức ảnh, và ý nghĩa của từng chữ cái trong nó.

Câu hỏi người ta hỏi

What is a group, in plain words?

A set with one operation that is associative, has an identity, and lets every element be undone. Symmetries of any object form a group. That is where the idea came from.

What is the difference between a ring and a field?

A ring has addition and multiplication that behave like the integers (you cannot always divide); a field is a ring where every non-zero element has a reciprocal, like the rationals or the reals.

Một số phần của trang này được chuyển từ Judson, Abstract Algebra: Theory and Applications (GFDL 1.3). Được nén lại và giải thích lại ở đây; lỗi là của chúng tôi.

More in Abstract Algebra

Groups Subgroups, cosets and Lagrange's theorem Cyclic groups and permutation groups Homomorphisms, normal subgroups and quotient groups Rings and fields Galois theory: why the quintic has no formula