1. 概述

Galois 理论 中, Frobenius 自同态 是素特征 交换环 上由取素数次幂得到的 环自同态. 在 有限域 上它是自同构, 其迭代与 不动域 将有限域的元素运算同 Galois 群 联系起来.

注记 1 (直观理解)

Frobenius 自同态 把取幂变成保持加法和乘法的操作. 在 有限域 上, 它重新排列全部元素; 固定某次迭代的元素恰好组成相应的子域.

2. 定义

定义 2 (Frobenius 自同态)

素数, 特征 等于 交换环. 称 映射

Frobenius 自同态. 这里环均含乘法幺元.

记号 3 (Frobenius 自同态)

Frobenius 自同态 次复合记为 , 其中 为非负整数, , 且 . 当 且环境环明确时, 常用 表示 次幂映射, 即 ; 下标 在这里指幂指数, 不指其定义域.

注记 4 (自同态与自同构)

Frobenius 自同态 总是 环同态, 但一般不一定是 自同构. 在 有限域 上它是自同构, 因而也称 Frobenius 自同构; 详见 有限域上的 Frobenius 自同构.

3. 例子

例子 5 (素数阶有限域)

素数. 有限域 Frobenius 自同态 是恒同映射:它保持加法并固定 , 因而固定每个 , 其中 .

例子 6 (九阶有限域上的共轭)

为不定元. 多项式 中无根, 因而不可约. 取 商环 , 并以 表示 的剩余类. 这给出一个 有限域, 其中 且每个元素唯一写成 , .
特征, 所以 , 这并不表示域中只有三个元素. 其 Frobenius 自同态 满足:

九个元素的像如下, 表内系数均按模 运算:

因而 , 而 ; 它的不动元素恰为 .

4. 相关性质

命题 7 (Frobenius 的环同态性)

素数, 特征 等于 交换环. 则 Frobenius 自同态 是保持幺元的 环同态.

命题 9 (有限域上的 Frobenius 自同构)

特征 等于 素数 有限域. 则 Frobenius 自同态 自同构.

命题 11 (代数闭包中的 Frobenius 不动域)

素数, , 为正整数. 固定 有限域 代数闭包 及包含 . 在 上令 , 它是 Frobenius 自同态 次迭代. 则 自同构, 且其 次迭代的 不动域 满足:

这里 特指 中唯一具有 个元素的子域, 而非任意抽象同构副本.

推论 13 (Frobenius 与 Galois 群的不动域)

沿用 代数闭包中的 Frobenius 不动域 的嵌入约定, 设 , . 对 域扩张 有:

  1. 属于 Galois 群 , 且其阶为 ;
  2. 生成的 循环群不动域.

5. 相关概念

6. 术语翻译

中文英文
Frobenius 自同态Frobenius endomorphism
Frobenius 自同构Frobenius automorphism
次幂 Frobenius-power Frobenius