Для краткости величину мы будем называть просто индексом — имя Шура и без того прославлено (например, выражением «лемма Шура»)
В этом параграфе мы воспользуемся результатами о полях разложения для доказательства некоторых важных фактов об индексе.
Лемма. Пусть Если конечное расширение, расщепляющее А, то делит Обратно, алгебра А содержит подполе являющееся ее полем разложения и такое, что
Доказательство. Если расщепляет алгебру то по теореме 13.3 существует алгебра содержащая в качестве строго максимального подполя и такая, что Если где алгебра с делением, то Для доказательства обратного утверждения представим алгебру в виде где -алгебра с делением и при некотором Согласно следствию максимальное подполе алгебры является строго максимальным. Это означает, что Ввиду теоремы 13.3 произвольное максимальное подполе алгебры есть поле разложения алгебры
Предложение. Пусть конечное расширение.
(ii) делит и в том и только том случае, когда А — алгебра с делением.
(iii) расщепляет А}.
(iv) делит .
(v) делит .
(vi) Если взаимно прост с то в этом случае, если А — алгебра с делением, то такова же и алгебра А.
(vii) делит .
(viii) Если то делит где тензорное произведение экземпляров алгебры А.
Доказательство. Утверждения простые следствия определений индекса и степени. Формула очевид
ное следствие предыдущей леммы. При доказательстве остальных утверждений можно считать, что алгебры с делением. Свойства вытекают тогда из Чтобы доказать рассмотрим расширение такое, что К — поле разложения алгебры Ясно, что К является полем разложения алгебры А, так что делит Из утверждений тогда непосредственно вытекает Для доказательства рассмотрим расширение такое, что К расщепляет В группе Брауэра поля К имеет место соотношение В силу леммы делит
В качестве приложения докажем полезный вариант следствия 13.3.
Следствие. Предположим, что -алгебра с делением и такое расширение, что — простой делитель Тогда следующие свойства эквивалентны.
(i) К изоморфно подполю алгебры D
(ii) не является алгеброй с делением,
Доказательство. Для доказательства импликации можно считать, что К — подполе алгебры Пусть максимальное подполе содержащее По теореме поле разложения алгебры поэтому расщепляет также и Ввиду доказанной выше леммы и предложения 13.1 получаем так что в силу утверждения (ii) предыдущего предложения не является алгеброй с делением. Обратно, если не является алгеброй с делением, то В этом случае из утверждений того же предложения и предположения простое число» следует, что Наконец, в силу леммы существует расширение такое, что расщепляет и Таким образом, расщепляет алгебру и утверждение (iii) влечет за собой В силу следствия 13.3 поле изоморфно подполю алгебры поэтому этим свойством обладает и
Упражнения
(см. скан)