关于包含多项式所有根的子域的四个等价条件证明的求助
大家好,我现在在处理域论中的一个等价性证明问题,目前卡在了部分步骤上,希望能得到大家的帮助。
先说明题目背景:
设 $f(x) \in F[x]$,$K / F$ 是一个域扩张,且 $K$ 包含 $f(x)$ 的所有根构成的集合 $R_f$。现在需要证明对于 $K$ 的子域 $D \leq K$,以下四个条件等价:
(a) $D$ 是集合 $\left{E \leq K \mid F \leq E, R_f \subseteq E\right}$ 的最小元(按集合包含关系);
(b) $D$ 是集合 $\left{E \leq K \mid F \leq E, R_f \subseteq E\right}$ 的极小元(按集合包含关系);
(c) $D=\bigcap\left{E \leq K \mid F \leq E, R_f \subseteq E\right}$;
(d) $D=F\left(R_f\right)$(由 $F$ 和 $R_f$ 生成的子域)。
我已经完成了部分推导:
(a) ⇒ (b):
假设 $D$ 是该集合的最小元,任取集合中的元素 $H$ 满足 $H \subset D$。因为 $D$ 是最小元,所以 $D \subseteq H$,结合 $H \subset D$ 可得 $D=H$,这就说明不存在严格包含于 $D$ 的元素在集合中,因此 $D$ 是极小元。(b) ⇒ (c):
记 $I = \bigcap\left{E \leq K \mid F \leq E, R_f \subseteq E\right}$,显然 $I$ 包含于集合中的每一个元素,自然也包含于 $D$(因为 $D$ 属于这个集合)。又因为 $D$ 是极小元,而 $I$ 也是集合中的元素(它是子域的交集,仍是子域,且包含 $F$ 和 $R_f$),所以 $D \subseteq I$,从而 $D=I$。
现在卡住的地方:
- 对于 (c) ⇒ (d),我已经证出 $F(R_f) \subseteq D$:因为每个包含 $F$ 和 $R_f$ 的子域 $L$ 都包含 $F(R_f)$,所以 $F(R_f)$ 包含于所有这样的 $L$ 的交集,也就是 $D$。但反向包含 $D \subseteq F(R_f)$ 不知道怎么证;
- 另外,(c) ⇒ (a) 的推导我也没头绪,想请教大家该怎么处理这两步?
备注:内容来源于stack exchange,提问作者Tyson Bett

