En matemáticas , particularmente en álgebra abstracta , un cierre algebraico de un campo K es una extensión algebraica de K que es algebraicamente cerrado . Es uno de los muchos cierres en matemáticas.
Usando el lema de Zorn [1] [2] [3] o el lema del ultrafiltro más débil , [4] [5] se puede demostrar que todo campo tiene una clausura algebraica, y que la clausura algebraica de un campo K es única hasta un isomorfismo que fija cada miembro de K . Debido a esta unicidad esencial, a menudo hablamos de la clausura algebraica de K , en lugar de una clausura algebraica de K.
La clausura algebraica de un campo K puede considerarse como la mayor extensión algebraica de K. Para ver esto, tenga en cuenta que si L es cualquier extensión algebraica de K , entonces la clausura algebraica de L también es una clausura algebraica de K , por lo que L está contenida dentro de la clausura algebraica de K. La clausura algebraica de K es también el campo algebraicamente cerrado más pequeño que contiene K , porque si M es cualquier campo algebraicamente cerrado que contiene K , entonces los elementos de M que son algebraicos sobre K forman una clausura algebraica de K.
La clausura algebraica de un campo K tiene la misma cardinalidad que K si K es infinito y es contablemente infinita si K es finito. [3]
Sea el conjunto de todos los polinomios mónicos irreducibles en K [ x ]. Para cada uno , introduzca nuevas variables donde . Sea R el anillo polinómico sobre K generado por for all y all . Escribir
con . Sea I el ideal en R generado por . Dado que I es estrictamente más pequeño que R , el lema de Zorn implica que existe un ideal máximo M en R que contiene a I. El campo K 1 = R / M tiene la propiedad de que cada polinomio con coeficientes en K se divide como producto de y por lo tanto tiene todas las raíces en K 1 . De la misma manera se puede construir una extensión K 2 de K 1 , etc. La unión de todas estas extensiones es la clausura algebraica de K , porque cualquier polinomio con coeficientes en este nuevo campo tiene sus coeficientes en algún K n con coeficientes suficientemente grandes. n , y entonces sus raíces están en K n +1 , y por tanto en la propia unión.
Se puede demostrar de la misma manera que para cualquier subconjunto S de K [ x ], existe un campo de división de S sobre K .
Un cierre algebraico K alg de K contiene una extensión separable única K sep de K que contiene todas las extensiones separables (algebraicas) de K dentro de K alg . Esta subextensión se llama cierre separable de K . Dado que una extensión separable de una extensión separable es nuevamente separable, no hay extensiones separables finitas de K sep , de grado > 1. Dicho de otra manera, K está contenido en un campo de extensión algebraico separablemente cerrado . Es único ( hasta isomorfismo). [7]
El cierre separable es el cierre algebraico completo si y sólo si K es un campo perfecto . Por ejemplo, si K es un campo de característica p y si X es trascendental sobre K , es una extensión de campo algebraico no separable.
En general, el grupo de Galois absoluto de K es el grupo de Galois de K sep sobre K . [8]