设F是域P的非空子集,如果P的加法和乘法可看作F的加法和乘法,且对于这两个代数运算,F也构成一个域,则称F为P的一个子域或子体。例如,有理数域是
实数域的一个子域, 而实数域又是复数域的一个子域。
定义介绍
设 是一个域,K是F的一个非空子集,如果 ,且 是域,则称域K是域F的一个子域,域F是域K的一个扩域。
例1 全体有理数的集合Q、全体实数的集合R以及全体复数的集合C关于普通的加法和乘法均形成域。另外,对于任意的素数p, 关于普通的加法和乘法也形成域。而且Q是 的子域, 是R的子域,R是C的子域。
容易证明K是F的子域当且仅当 和 同时成立。如果一个域F'与另一个域F的某个子域K同构,则可以将域F'与域K等同,从而将域F'视为域F的一个子域。
相关定理
定理1
设域K是域F的一个子域,则域F的加法群 是子域K上的一个线性空间。
证明:取数乘运算为域F的乘法,则线性空间定义中的几个条件都是自然成立的。根据此定理,可以将域F称为子域K上的一个线性空间。
定义 设域K是域F的一个子域。若子域K上线性空间F的维数为m,则称域F是域K的一个m次扩域,并称此m维线性空间的每一个基 为域F关于域K的一个基,同时称此线性空间的线性变换为域F关于域K的线性变换。
例2 每一个域 是该域F上的一个一维线性空间,每一个都是该线性空间的基。
例3 复数域C是实数域R上的一个二维线性空间,向量组 是一个基,这里 为虚数单位。
应当指出,若K是F的子域,A是K上的一个m阶方阵。如果A作为F上的方阵可逆,则其逆方阵必然也是K上的m阶方阵。
定理2
设 是特征为p的有限域,,K是F的一个非空子集,是F的子域当且仅当存在使
定理3
设是特征为p的有限域,q是素数p的任意正整数次幂,。对于每一个,F有唯一的一个阶子域,其中