체론 에서 체의 확대 (體의 擴大, 영어 : field extension )는 주어진 체 에 원소를 추가하여 얻는 더 큰 체이다.
두 체
K
{\displaystyle K}
와
L
{\displaystyle L}
이 주어졌을 때,
K
{\displaystyle K}
에서
L
{\displaystyle L}
로 가는 확대 는
K
{\displaystyle K}
에서
L
{\displaystyle L}
로 가는 환 준동형 이다. (여기서 환 준동형은 항상 곱셈 항등원을 보존시켜야 한다. 즉, 유사환 의 준동형보다 더 강한 조건이다.)
체의 확대는 항상 단사 함수 이며, 따라서
K
{\displaystyle K}
를
L
{\displaystyle L}
의 부분 집합으로 볼 수 있으며, 이 경우
K
{\displaystyle K}
를
L
{\displaystyle L}
의 부분체 (部分體, 영어 : subfield ), 반대로
L
{\displaystyle L}
을
K
{\displaystyle K}
의 확대체 (擴大體, 영어 : extension field )라고 한다.
L
{\displaystyle L}
이
K
{\displaystyle K}
의 확대체라는 것은 기호로
L
/
K
{\displaystyle L/K}
로 쓴다.
일련의 체
K
0
,
K
1
,
…
,
K
n
{\displaystyle K_{0},K_{1},\dots ,K_{n}}
들이 서로 체의 확대
K
0
⊆
K
1
⊆
⋯
⊆
K
n
{\displaystyle K_{0}\subseteq K_{1}\subseteq \cdots \subseteq K_{n}}
를 이룰 때,
{
K
i
}
i
=
0
,
1
,
…
,
n
{\displaystyle \{K_{i}\}_{i=0,1,\dots ,n}}
를 체의 탑 (體의 塔, 영어 : tower of fields )이라고 한다.
체의 확대
L
/
K
{\displaystyle L/K}
가 주어졌을 때,
L
{\displaystyle L}
은
K
{\displaystyle K}
위의 가환 단위 결합 대수 를 이루며, 특히 벡터 공간 을 이룬다. 체의 확대
L
/
K
{\displaystyle L/K}
의 차수 (次數, 영어 : degree )는
L
{\displaystyle L}
의
K
{\displaystyle K}
-벡터 공간으로서의 차원이며,
[
L
:
K
]
{\displaystyle [L:K]}
로 표기한다.
차수가 유한한 확대를 유한 확대 (無限擴大, 영어 : finite extension )라고 한다. 차수가 1인 확대는 전단사 함수 이며, 이는 체의 자기 동형 에 해당한다. 차수가 2인 확대는 이차 확대 (二次擴大, 영어 : quadratic extension ), 차수가 3인 확대는 삼차 확대 (三次擴大, 영어 : cubic extension )라고 한다. 모든 유한 확대는 대수적 확대이다.
체의 확대
L
/
K
{\displaystyle L/K}
및
L
{\displaystyle L}
의 부분 집합
S
⊂
L
{\displaystyle S\subset L}
이 주어졌을 때, 만약 모든 다항식
p
∈
K
[
|
S
|
]
{\displaystyle p\in K[|S|]}
에 대하여,
p
(
S
)
=
0
{\displaystyle p(S)=0}
인 다항식은
p
=
0
{\displaystyle p=0}
밖에 없다면,
S
{\displaystyle S}
를 대수적 독립 집합 (영어 : algebraically independent set )이라고 한다.
L
/
K
{\displaystyle L/K}
의 초월 차수 (영어 : transcendence degree )는
L
{\displaystyle L}
에 포함된 최대 대수적 독립 집합의 크기 이며,
trdeg
K
L
{\displaystyle \operatorname {trdeg} _{K}L}
와 같이 표기한다. 초월 차수가 0인 체의 확대는 대수적 확대 (代數的擴大, 영어 : algebraic extension )라고 하고, 초월 차수가 0이 아닌 확대는 초월 확대 (超越擴大, 영어 : transcendental extension )라고 한다.
L
/
K
{\displaystyle L/K}
의 초월 기저 (超越基底, 영어 : transcendence basis )
S
{\displaystyle S}
는
L
/
K
(
S
)
{\displaystyle L/K(S)}
가 대수적인 대수적 독립 집합
S
⊂
L
{\displaystyle S\subset L}
이다. 모든 체의 확대는 초월 기저를 가지며, 초월 기저의 크기는 초월 차수와 같다. 만약
L
=
K
(
S
)
{\displaystyle L=K(S)}
라면,
L
/
K
{\displaystyle L/K}
를 순수 초월 확대 (純粹超越擴大, 영어 : purely transcendental extension )라고 한다.
체의 확대
L
/
K
{\displaystyle L/K}
및
L
{\displaystyle L}
의 부분 집합
S
⊂
L
{\displaystyle S\subset L}
이 주어졌다고 하자. 그렇다면,
L
{\displaystyle L}
속에서
S
{\displaystyle S}
로 생성되는
K
{\displaystyle K}
의 확대
K
(
S
)
{\displaystyle K(S)}
는
S
∪
K
{\displaystyle S\cup K}
를 부분 집합으로 포함하며 체를 이루는
L
{\displaystyle L}
의 가장 작은 부분 집합이다. 이는 항상 유일하게 존재하며, 구체적으로 다음과 같이 구성된다.
K
[
S
]
⊆
L
{\displaystyle K[S]\subseteq L}
가,
S
{\displaystyle S}
의 원소들에 대한
K
{\displaystyle K}
계수의 다항식들로 구성된 환이라고 하자. 그렇다면
K
(
S
)
{\displaystyle K(S)}
는
K
[
S
]
{\displaystyle K[S]}
의 분수체 와 동형이다.
K
(
S
)
=
Frac
K
[
S
]
=
{
p
/
q
:
p
∈
K
[
S
]
,
q
∈
K
[
S
]
,
q
≠
0
}
⊆
L
{\displaystyle K(S)=\operatorname {Frac} K[S]=\{p/q\colon p\in K[S],q\in K[S],\;q\neq 0\}\subseteq L}
또한, 만약
S
{\displaystyle S}
가 유한 집합이며,
L
{\displaystyle L}
이 대수적 확대라면
K
(
S
)
/
K
{\displaystyle K(S)/K}
는 유한 확대이다.
체의 확대
M
/
K
{\displaystyle M/K}
속에서 두 부분체
K
⊆
L
1
⊆
M
{\displaystyle K\subseteq L_{1}\subseteq M}
K
⊆
L
2
⊆
M
{\displaystyle K\subseteq L_{2}\subseteq M}
가 주어졌을 때, 이 두 확대체의 합성체 (合成體, 영어 : compositum )는
K
(
L
1
∪
L
2
)
⊆
M
{\displaystyle K(L_{1}\cup L_{2})\subseteq M}
이다.
유한 확대
L
/
K
{\displaystyle L/K}
가 주어졌다고 하자. 그렇다면
L
{\displaystyle L}
은 유한 차원
K
{\displaystyle K}
-벡터 공간 이며, 임의의 원소
a
∈
L
{\displaystyle a\in L}
에 대하여
a
⋅
:
L
→
L
{\displaystyle a\cdot \colon L\to L}
은
K
{\displaystyle K}
-벡터 공간 의 선형 변환 이다. 따라서 그 행렬식 과 대각합 을 취할 수 있으며, 이를 각각 체 노름 (體norm, 영어 : field norm )
N
L
/
K
{\displaystyle \operatorname {N} _{L/K}}
과 체 대각합 (體對角合, 영어 : field trace )
T
L
/
K
{\displaystyle \operatorname {T} _{L/K}}
이라고 한다.
N
L
/
K
:
L
→
K
{\displaystyle \operatorname {N} _{L/K}\colon L\to K}
N
L
/
K
:
a
↦
det
(
a
⋅
)
{\displaystyle \operatorname {N} _{L/K}\colon a\mapsto \det(a\cdot )}
T
L
/
K
:
L
→
K
{\displaystyle \operatorname {T} _{L/K}\colon L\to K}
T
L
/
K
:
a
↦
tr
(
⋅
a
)
{\displaystyle \operatorname {T} _{L/K}\colon a\mapsto \operatorname {tr} (\cdot a)}
보다 일반적으로,
a
⋅
{\displaystyle a\cdot }
의 고유 다항식 을 취할 수 있으며, 이는
K
{\displaystyle K}
계수의 일계수 다항식 이다.
χ
L
/
K
(
x
;
a
)
=
det
(
x
−
a
⋅
)
∈
K
[
x
]
{\displaystyle \chi _{L/K}(x;a)=\det(x-a\cdot )\in K[x]}
이는 체 노름과 체 대각합을 계수로 포함한다.
χ
L
/
K
(
x
;
a
)
=
x
[
L
:
K
]
−
T
L
/
K
(
a
)
x
[
L
:
K
]
−
1
+
⋯
+
(
−
1
)
[
L
:
K
]
N
L
/
K
(
a
)
{\displaystyle \chi _{L/K}(x;a)=x^{[L:K]}-\operatorname {T} _{L/K}(a)x^{[L:K]-1}+\cdots +(-1)^{[L:K]}\operatorname {N} _{L/K}(a)}
체 노름과 체 대각합은 최소 다항식 으로도 정의할 수 있다. 임의의
a
∈
L
{\displaystyle a\in L}
에 대하여, 그 최소 다항식 이
p
a
∈
K
[
x
]
{\displaystyle p_{a}\in K[x]}
라고 하고, 그 근들의 중복집합 이
{
σ
1
(
a
)
,
…
,
σ
n
(
a
)
}
∈
K
¯
{\displaystyle \{\sigma _{1}(a),\dots ,\sigma _{n}(a)\}\in {\bar {K}}}
라고 하자. 그렇다면 다음이 성립한다.
N
L
/
K
(
a
)
=
(
∏
i
=
1
n
σ
i
(
a
)
)
[
L
:
K
(
a
)
]
{\displaystyle \operatorname {N} _{L/K}(a)=\left(\prod _{i=1}^{n}\sigma _{i}(a)\right)^{[L:K(a)]}}
T
L
/
K
(
a
)
=
[
L
:
K
(
a
)
]
∑
i
=
1
n
σ
i
(
a
)
{\displaystyle \operatorname {T} _{L/K}(a)=[L:K(a)]\sum _{i=1}^{n}\sigma _{i}(a)}
만약
L
/
K
{\displaystyle L/K}
가 분해 가능 확대 라면, 근들의 중복집합은 집합이 된다.
만약
L
/
K
{\displaystyle L/K}
가 갈루아 확대 라면, 위 공식은 다음과 같이 간단해진다.
N
L
/
K
(
a
)
=
∏
g
∈
Gal
(
L
/
K
)
g
(
a
)
{\displaystyle \operatorname {N} _{L/K}(a)=\prod _{g\in \operatorname {Gal} (L/K)}g(a)}
T
L
/
K
(
a
)
=
∑
g
∈
Gal
(
L
/
K
)
g
(
a
)
{\displaystyle \operatorname {T} _{L/K}(a)=\sum _{g\in \operatorname {Gal} (L/K)}g(a)}
여기서
Gal
(
L
/
K
)
{\displaystyle \operatorname {Gal} (L/K)}
는 갈루아 군 이다.
체의 확대는 항상 단사 함수 이다. (전단사 함수 인 체의 확대는 체의 자기 동형 (영어 : automorphism )이라고 한다.) 체의 확대
L
/
K
{\displaystyle L/K}
가 존재한다면,
K
{\displaystyle K}
와
L
{\displaystyle L}
의 표수 는 서로 일치한다.
∃
L
/
K
⟹
char
K
=
char
L
{\displaystyle \exists L/K\implies \operatorname {char} K=\operatorname {char} L}
확대의 합성에 따라 차수는 곱해지며, 초월 차수는 더해진다. 즉, 체의 확대
L
/
K
{\displaystyle L/K}
및
M
/
L
{\displaystyle M/L}
이 주어졌을 때, 합성 확대
M
/
K
{\displaystyle M/K}
의 차수 및 초월 차수는 다음과 같다.
[
M
:
K
]
=
[
L
:
K
]
[
M
:
L
]
{\displaystyle [M:K]=[L:K][M:L]}
trdeg
K
M
=
trdeg
K
L
+
trdeg
L
M
{\displaystyle \operatorname {trdeg} _{K}M=\operatorname {trdeg} _{K}L+\operatorname {trdeg} _{L}M}
여기서 좌변은 일반적으로 기수 의 곱 또는 합이다.
초월 차수가 1 이상이라면, 차수는 항상 무한 기수 이다.
노름은 체의 가역원군 의 군 준동형 을 이룬다. 즉, 임의의
a
,
b
∈
L
{\displaystyle a,b\in L}
에 대하여
N
L
/
K
(
a
b
)
=
N
L
/
K
(
a
)
N
L
/
K
(
b
)
{\displaystyle \operatorname {N} _{L/K}(ab)=\operatorname {N} _{L/K}(a)\operatorname {N} _{L/K}(b)}
이며, 만약
a
≠
0
{\displaystyle a\neq 0}
이라면
N
L
/
K
(
a
−
1
)
=
N
L
/
K
(
a
)
−
1
{\displaystyle \operatorname {N} _{L/K}(a^{-1})=\operatorname {N} _{L/K}(a)^{-1}}
이다. 또한, 만약 체의 확대
L
/
K
{\displaystyle L/K}
및
M
/
L
{\displaystyle M/L}
이 주어졌다면, 체 노름은 체의 확대의 합성을 따른다.
N
M
/
K
=
N
L
/
K
∘
N
M
/
L
{\displaystyle \operatorname {N} _{M/K}=\operatorname {N} _{L/K}\circ \operatorname {N} _{M/L}}
대수적 수체
K
/
Q
{\displaystyle K/\mathbb {Q} }
에서, 모든 대수적 정수
a
∈
O
K
{\displaystyle a\in {\mathcal {O}}_{K}}
의 체 노름은 (유리수) 정수이다.
∀
a
∈
O
K
:
N
K
/
Q
(
a
)
∈
Z
{\displaystyle \forall a\in {\mathcal {O}}_{K}\colon \operatorname {N} _{K/\mathbb {Q} }(a)\in \mathbb {Z} }
또한, 다음이 성립한다.
∀
a
∈
O
K
:
|
N
K
/
Q
(
a
)
|
=
|
O
K
/
(
a
)
|
{\displaystyle \forall a\in {\mathcal {O}}_{K}\colon |\operatorname {N} _{K/\mathbb {Q} }(a)|=|{\mathcal {O}}_{K}/(a)|}
여기서 좌변은 체 노름의 절댓값 이고, 우변은 주 아이디얼 에 대한 몫환 의 크기 이다. 이를 일반화하여,
O
K
{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}
의 임의의 아이디얼
a
{\displaystyle {\mathfrak {a}}}
에 대하여
N
K
/
Q
(
a
)
=
|
O
K
/
a
|
{\displaystyle \operatorname {N} _{K/\mathbb {Q} }({\mathfrak {a}})=|{\mathcal {O}}_{K}/{\mathfrak {a}}|}
로 정의한다.
체의 확대
L
/
K
{\displaystyle L/K}
가 주어졌다고 하고, 그 초월 기저
S
⊂
L
∖
K
{\displaystyle S\subset L\setminus K}
가 주어졌다고 하자. 그렇다면
K
(
S
)
/
K
{\displaystyle K(S)/K}
는 순수 초월 확대이며,
L
/
K
(
S
)
{\displaystyle L/K(S)}
는 대수적 확대이다. 따라서, 체의 확대의 분류는 순수 초월 확대의 분류와 대수적 확대의 분류로 나뉜다.
체
K
{\displaystyle K}
의 순수 초월 확대는 모두 유리 함수체
K
(
S
)
{\displaystyle K(S)}
와 동형이며, 이는
S
{\displaystyle S}
의 집합의 크기
|
S
|
{\displaystyle |S|}
에 따라 완전히 분류된다.
체
K
(
S
)
{\displaystyle K(S)}
의 대수적 확대의 분류는
K
{\displaystyle K}
위의
|
S
|
{\displaystyle |S|}
차원의 (무한 차원일 수 있는) 대수다양체 의 쌍유리 동치 에 대한 분류와 같으며, 따라서 일반적으로 불가능하다고 여겨진다. 다만 일부 특수한 경우는 대수기하학 적 기법으로 분류할 수 있다. 예를 들어, 만약
K
{\displaystyle K}
가 대수적으로 닫힌 체 이며
|
S
|
=
1
{\displaystyle |S|=1}
인 경우, 이는
K
{\displaystyle K}
위의 대수 곡선 들의 쌍유리 분류에 해당한다.
위에 정의된 용어 밖에, 특별한 종류의 체의 확대로는 다음이 있다.
임의의 체
K
{\displaystyle K}
에 대하여, 대수적 폐포
K
¯
{\displaystyle {\bar {K}}}
및 분해 가능 폐포
K
sep
{\displaystyle K^{\operatorname {sep} }}
를 정의할 수 있으며, 또한
K
{\displaystyle K}
의 표수에 따라서
K
0
{\displaystyle K_{0}}
를 다음과 같이 정의하자.
K
0
=
{
F
p
p
=
char
K
>
0
Q
char
K
=
0
{\displaystyle K_{0}={\begin{cases}\mathbb {F} _{p}&p=\operatorname {char} K>0\\\mathbb {Q} &\operatorname {char} K=0\end{cases}}}
여기서
F
p
{\displaystyle \mathbb {F} _{p}}
는 크기
p
{\displaystyle p}
의 유한체 이다. 그렇다면 이들은 다음과 같은 체의 탑을 이룬다.
K
0
⊆
K
⊆
K
sep
⊆
K
¯
{\displaystyle K_{0}\subseteq K\subseteq K^{\operatorname {sep} }\subseteq {\bar {K}}}
K
¯
/
K
{\displaystyle {\bar {K}}/K}
는 항상 대수적 확대를 이루며, 따라서 초월 차수는 0이다.
임의의 체
K
{\displaystyle K}
에 대하여, 유리 함수체
K
(
x
)
=
Frac
K
[
x
]
{\displaystyle K(x)=\operatorname {Frac} K[x]}
및 형식적 로랑 급수체
K
(
(
x
)
)
=
Frac
K
[
[
x
]
]
{\displaystyle K((x))=\operatorname {Frac} K[[x]]}
를 정의할 수 있다. 이들은 다음과 같은 체의 탑을 이룬다.
K
⊊
K
(
x
)
⊊
K
(
(
x
)
)
{\displaystyle K\subsetneq K(x)\subsetneq K((x))}
이 경우 차수 및 초월 차수는 다음과 같다.
[
K
(
x
)
:
K
]
=
ℵ
0
{\displaystyle [K(x):K]=\aleph _{0}}
trdeg
K
K
(
x
)
=
1
{\displaystyle \operatorname {trdeg} _{K}K(x)=1}
[
K
(
(
x
)
)
:
K
]
=
2
ℵ
0
{\displaystyle [K((x)):K]=2^{\aleph _{0}}}
유리수체
Q
{\displaystyle \mathbb {Q} }
, 실수체
R
{\displaystyle \mathbb {R} }
, 복소수체
C
{\displaystyle \mathbb {C} }
는 다음과 같은 체의 탑을 이룬다.
Q
⊊
R
⊊
C
{\displaystyle \mathbb {Q} \subsetneq \mathbb {R} \subsetneq \mathbb {C} }
이 경우 차수 및 초월 차수는 다음과 같다.
[
R
:
Q
]
=
2
ℵ
0
{\displaystyle [\mathbb {R} :\mathbb {Q} ]=2^{\aleph _{0}}}
trdeg
Q
R
=
2
ℵ
0
{\displaystyle \operatorname {trdeg} _{\mathbb {Q} }\mathbb {R} =2^{\aleph _{0}}}
[
C
:
R
]
=
2
{\displaystyle [\mathbb {C} :\mathbb {R} ]=2}
trdeg
R
C
=
0
{\displaystyle \operatorname {trdeg} _{\mathbb {R} }\mathbb {C} =0}
체의 확대
C
/
R
{\displaystyle \mathbb {C} /\mathbb {R} }
에서의 체 노름은 다음과 같다.
N
C
/
R
:
x
+
i
y
↦
x
2
+
y
2
=
|
x
+
i
y
|
2
{\displaystyle \operatorname {N} _{\mathbb {C} /\mathbb {R} }\colon x+iy\mapsto x^{2}+y^{2}=|x+iy|^{2}}
이다.
유리수체 의 유한 확대는 수체 라고 하며,
Q
(
2
)
/
Q
{\displaystyle \mathbb {Q} ({\sqrt {2}})/\mathbb {Q} }
나
Q
(
−
1
)
/
Q
{\displaystyle \mathbb {Q} ({\sqrt {-1}})/\mathbb {Q} }
등이 있다. 이들은 대수적 확대이므로, 초월 차수는 0이며, 두 예 다 차수는 2이다.
원주율
π
{\displaystyle \pi }
및 자연로그의 밑
e
{\displaystyle e}
는 초월수 이므로,
Q
[
π
]
/
Q
{\displaystyle \mathbb {Q} [\pi ]/\mathbb {Q} }
와
Q
(
e
)
/
Q
{\displaystyle \mathbb {Q} (e)/\mathbb {Q} }
는 초월 차수가 1인 확대이다. 그러나
{
π
,
e
}
{\displaystyle \{\pi ,e\}}
가 대수적 독립 집합인지는 알려지지 않았다. 즉,
Q
(
π
,
e
)
/
Q
{\displaystyle \mathbb {Q} (\pi ,e)/\mathbb {Q} }
는 초월 차수가 1 또는 2이지만, 둘 중 어느 것인지는 알려지지 않았다.
[
Q
(
π
)
:
Q
)
]
=
[
Q
(
e
)
:
Q
]
=
[
Q
(
π
,
e
)
:
Q
]
=
ℵ
0
{\displaystyle [\mathbb {Q} (\pi ):\mathbb {Q} )]=[\mathbb {Q} (e):\mathbb {Q} ]=[\mathbb {Q} (\pi ,e):\mathbb {Q} ]=\aleph _{0}}
trdeg
Q
Q
(
π
)
=
trdeg
Q
Q
(
e
)
=
1
{\displaystyle \operatorname {trdeg} _{\mathbb {Q} }\mathbb {Q} (\pi )=\operatorname {trdeg} _{\mathbb {Q} }\mathbb {Q} (e)=1}
trdeg
Q
Q
(
π
,
e
)
∈
{
1
,
2
}
{\displaystyle \operatorname {trdeg} _{\mathbb {Q} }\mathbb {Q} (\pi ,e)\in \{1,2\}}
이차 수체
Q
[
n
]
/
Q
{\displaystyle \mathbb {Q} [{\sqrt {n}}]/\mathbb {Q} }
에서의 체 노름은 다음과 같다.
N
Q
[
n
]
/
Q
:
a
+
n
b
↦
(
a
+
n
b
)
(
a
−
n
b
)
=
a
2
−
n
b
2
{\displaystyle \operatorname {N} _{\mathbb {Q} [{\sqrt {n}}]/\mathbb {Q} }\colon a+{\sqrt {n}}b\mapsto (a+{\sqrt {n}}b)(a-{\sqrt {n}}b)=a^{2}-nb^{2}}
이다.
이 부분의 본문은
p진수 입니다.
소수
p
{\displaystyle p}
가 주어졌을 때, 유리수체의 다른 확대로 p진수체
Q
p
{\displaystyle \mathbb {Q} _{p}}
를 정의할 수 있다. 이 경우, 다음과 같은 체의 탑이 존재한다.
Q
⊊
Q
p
⊊
Q
¯
p
⊊
C
p
{\displaystyle \mathbb {Q} \subsetneq \mathbb {Q} _{p}\subsetneq {\bar {\mathbb {Q} }}_{p}\subsetneq \mathbb {C} _{p}}
여기서
Q
p
{\displaystyle \mathbb {Q} _{p}}
는 p진수체 이며,
Q
¯
p
{\displaystyle {\bar {\mathbb {Q} }}_{p}}
는 그 대수적 폐포 이며,
C
p
{\displaystyle \mathbb {C} _{p}}
는 그 완비화 이다.
C
p
{\displaystyle \mathbb {C} _{p}}
는 복소수체
C
{\displaystyle \mathbb {C} }
와 체 로서 동형이다. 이 경우 차수는 다음과 같다.
[
Q
p
:
Q
]
=
2
ℵ
0
{\displaystyle [\mathbb {Q} _{p}:\mathbb {Q} ]=2^{\aleph _{0}}}
이 부분의 본문은
유한체 입니다.
소수
p
{\displaystyle p}
가 주어졌을 때, 표수
p
{\displaystyle p}
의 유한체들은 다음과 같은 체의 탑을 이룬다.
F
p
⊊
F
p
2
⊊
⋯
⊊
F
p
n
⊊
⋯
F
¯
p
=
lim
→
n
→
∞
F
p
n
{\displaystyle \mathbb {F} _{p}\subsetneq \mathbb {F} _{p^{2}}\subsetneq \cdots \subsetneq \mathbb {F} _{p^{n}}\subsetneq \cdots {\bar {\mathbb {F} }}_{p}=\varinjlim ^{n\to \infty }\mathbb {F} _{p^{n}}}
여기서
F
¯
p
{\displaystyle {\bar {\mathbb {F} }}_{p}}
는 유한체의 대수적 폐포 이며, 이는 유한체들의 귀납적 극한 을 이룬다. 이 탑에서 차수는 다음과 같다.
[
F
p
n
+
1
:
F
p
]
=
p
{\displaystyle [\mathbb {F} _{p^{n+1}}:\mathbb {F} ^{p}]=p}
[
F
¯
p
:
F
p
n
]
=
ℵ
0
{\displaystyle [{\bar {\mathbb {F} }}_{p}:\mathbb {F} _{p^{n}}]=\aleph _{0}}
대수적으로 닫힌 체
K
{\displaystyle K}
위의 대수다양체
X
{\displaystyle X}
가 주어졌을 때,
X
{\displaystyle X}
위의 유리 함수체
L
=
Γ
(
X
,
K
X
)
{\displaystyle L=\Gamma (X,{\mathcal {K}}_{X})}
는
K
{\displaystyle K}
의 확대이다. 이 경우,
X
{\displaystyle X}
의 쌍유리 동치류 는 확대
L
/
K
{\displaystyle L/K}
로부터 완전히 결정된다. 특히,
X
{\displaystyle X}
의 크룰 차원 은
L
/
K
{\displaystyle L/K}
의 초월 차수와 같다.
dim
X
=
trdeg
K
L
{\displaystyle \dim X=\operatorname {trdeg} _{K}L}
이를 사용하여, 유한 초월 차수의 확대는 대수기하학적으로 분류할 수 있다.
n
{\displaystyle n}
차원 유리 다양체 의 유리 함수체는 순수 초월 확대
K
(
x
1
,
…
,
x
n
)
{\displaystyle K(x_{1},\dots ,x_{n})}
이다. 다른 예로, 다음과 같은 방정식으로 주어지는, 사영 평면 속의 초타원 곡선 을 생각하자.
y
2
=
p
(
x
)
{\displaystyle y^{2}=p(x)}
여기서
p
(
x
)
∈
K
[
x
]
{\displaystyle p(x)\in K[x]}
는 근들이 중복되지 않는 다항식이다. 이는 기하학적으로
x
{\displaystyle x}
좌표로 나타내어지는 사영 곡선의 2겹 분기 피복 을 이루며,
x
{\displaystyle x}
위의 올 은
±
p
(
x
)
{\displaystyle \pm {\sqrt {p(x)}}}
이다.
2
⌈
(
deg
p
)
/
2
⌉
{\displaystyle 2\lceil (\deg p)/2\rceil }
개의 분기점들은
p
{\displaystyle p}
의 근 및 (만약
2
∤
deg
p
{\displaystyle 2\nmid \deg p}
인 경우) 무한대
∞
^
{\displaystyle {\widehat {\infty }}}
에 위치한다. 체론적으로, 이는 초월 확대
K
(
x
,
p
(
x
)
)
/
K
{\displaystyle K(x,{\sqrt {p(x)}})/K}
로 주어진다. 사영 직선 위의 분기 피복은 대수적 확대
K
(
x
,
p
(
x
)
)
/
K
(
x
)
{\displaystyle K(x,{\sqrt {p(x)}})/K(x)}
에 해당되며, 이것이 2차 유한 확대인 것은 분기 피복이 2겹인 것에 대응한다. 특히, 타원 곡선 의 경우 이 함수체 (타원 함수 체)는 바이어슈트라스 타원 함수 로 다음과 같이 주어진다.
C
(
ρ
,
4
℘
3
+
g
2
℘
+
g
3
ρ
′
)
{\displaystyle \mathbb {C} (\rho ,{\sqrt {4\wp ^{3}+g_{2}\wp +g_{3}}}\rho ')}
이는 바이어슈트라스 타원 함수가
℘
′
2
=
4
℘
3
+
g
2
℘
+
g
3
{\displaystyle \wp '^{2}=4\wp ^{3}+g_{2}\wp +g_{3}}
를 만족시키기 때문이다.