Discriminant of a separable extension
Let
where
For
Properties
ฮ ๐ฟ : ๐พ ( ๐ผ 1 , โฆ , ๐ผ ๐ ) โ ๐พ iffฮ ๐ฟ : ๐พ ( ๐ผ 1 , โฆ , ๐ผ ๐ ) = 0 are linearly dependent over๐ผ 1 , โฆ , ๐ผ ๐ .๐พ
Proof of 1โ2
By linearity of the embeddings
we see that linearly dependent { ๐ ๐ } ๐ ๐ = 1 give a singular matrix and therefore a zero discriminant. ๐ผ 1 , โฆ , ๐ผ ๐ Conversely, suppose
form a { ๐ผ ๐ } ๐ ๐ = 1 -basis for ๐พ . By the primitive element theorem, ๐ฟ for some ๐ฟ = ๐พ ( ๐ ) , so ๐ โ ๐ฟ also form a { ๐ ๐ โ 1 } ๐ ๐ = 1 -basis, so there exists a change of basis ๐พ such that ๐ โ G L ๐ โก ( ๐พ ) โก โข โข โฃ ๐ผ 1 โฎ ๐ผ ๐ โค โฅ โฅ โฆ = ๐ โก โข โข โฃ 1 โฎ ๐ ๐ โ 1 โค โฅ โฅ โฆ whence also
โก โข โข โฃ ๐ ๐ ๐ผ 1 โฎ ๐ ๐ ๐ผ ๐ โค โฅ โฅ โฆ = ๐ โก โข โข โฃ 1 โฎ ๐ ๐ โ 1 โค โฅ โฅ โฆ for each
. Thus ๐ and ๐ ( ๐ผ 1 , โฆ , ๐ผ ๐ ) = ๐ ( ๐ ) ๐ ๐ณ . It therefore suffices to show that ฮ ( ๐ผ 1 , โฆ , ๐ผ ๐ ) = ( d e t ๐ ) 2 ฮ ( ๐ ) . 0 โ ฮ ( ๐ ) โ ๐พ Since
is a Vandermonde matrix, the corresponding Vandermonde determinant is nonzero since each ๐ ( ๐ ) is distinct by separability โ since these are precisely the roots of the minimal polynomial ๐ ๐ ( ๐ ) . It follows ๐ ๐ ( ๐ฅ ) โ ๐พ [ ๐ฅ ] as required. ฮ โ ๐พ
Special cases
See also
Footnotes
-
2022. Algebraic number theory course notes, p. 23 โฉ