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)