Polinomios y cuerpos · Definición
Cuerpo de fracciones
Es la manera de dividir en un anillo donde no siempre se puede: fabricar las fracciones a partir de un dominio de integridad, como los racionales salen de los enteros.
Definición
El cuerpo de fracciones \(\operatorname{Frac}(D)\) de un dominio de integridad \(D\) es el cuerpo formado por las fracciones \(a/b\), con \(a,b\in D\) y \(b\neq0\), donde \(a/b=c/d\) cuando \(ad=bc\).
Los racionales se construyen a partir de los enteros formando pares \((a,b)\) con \(b\neq0\) y declarando que \((a,b)\) y \((c,d)\) representan la misma fracción cuando \(ad=bc\). La misma receta funciona en cualquier dominio de integridad \(D\): las clases de pares forman el cuerpo \(\operatorname{Frac}(D)\), con la suma y el producto de siempre. Que \(D\) no tenga divisores de cero es lo que hace que la relación sea transitiva y que el producto de dos denominadores no nulos siga siendo no nulo.
Los ejemplos más usados son \(\operatorname{Frac}(\mathbb{Z})=\mathbb{Q}\), el cuerpo de funciones racionales \(\operatorname{Frac}(F[x])=F(x)\) sobre un cuerpo \(F\), y \(\operatorname{Frac}(\mathbb{Z}[i])=\mathbb{Q}(i)\). El dominio \(D\) se identifica con las fracciones \(a/1\), de modo que \(D\) queda dentro de su cuerpo de fracciones, y si \(D\) ya es un cuerpo no se agrega nada.
Es el menor cuerpo que contiene a \(D\): cualquier cuerpo \(K\) que contenga a \(D\) contiene los cocientes \(ab^{-1}\), es decir, una copia de \(\operatorname{Frac}(D)\). Esta propiedad universal es la que se usa cuando un resultado sobre polinomios se prueba pasando a las funciones racionales, por ejemplo para factorizar en \(\mathbb{Z}[x]\) usando \(\mathbb{Q}[x]\).
Para pensar
¿Por qué no existe un cuerpo de fracciones de \(\mathbb{Z}_6\)?
Porque \(\mathbb{Z}_6\) tiene divisores de cero: de \(2\cdot3=0\) y de invertir el \(2\) se obtendría \(3=0\), absurdo. Ningún cuerpo contiene un anillo con divisores de cero.
¿Cuál es el cuerpo de fracciones de un cuerpo \(F\)?
El propio \(F\): todo denominador no nulo ya es invertible, así que \(a/b=ab^{-1}\) está en \(F\).
Ejercicios 10
- ¿Cuál fracción es igual a \(\tfrac{6}{9}\) en \(\operatorname{Frac}(\mathbb{Z})\)?
- ¿Qué cuerpo es \(\operatorname{Frac}(\mathbb{Z})\), el cuerpo de fracciones de los enteros?
- En \(\operatorname{Frac}(\mathbb{Z})\), ¿cuánto vale \(\tfrac12+\tfrac13\)?
- En \(\operatorname{Frac}(\mathbb{Z}[x])\), ¿a qué es igual \(\dfrac{x^2-1}{x-1}\)?
- ¿Para cuál de estos anillos NO se puede construir un cuerpo de fracciones?
- ¿Cuál de estos números pertenece a \(\operatorname{Frac}(\mathbb{Z}[i])\)?
- Si \(D\) ya es un cuerpo, ¿cuál es \(\operatorname{Frac}(D)\)?
- ¿Qué propiedad caracteriza a \(\operatorname{Frac}(D)\)?
- En \(\operatorname{Frac}(\mathbb{Z})\), ¿para qué valor de \(x\) se cumple \(\tfrac23=\tfrac{x}{12}\)?
- En \(\operatorname{Frac}(\mathbb{Q}[x])\), ¿cuál es el inverso multiplicativo de \(x+1\)?
Relacionados
Referencias
- David S. Dummit, Richard M. Foote, Abstract Algebra, 3rd edition, Wiley, 2004. §7.5
- Joseph A. Gallian, Contemporary Abstract Algebra, 9th edition, Cengage, 2017. cap. 15
- I. N. Herstein, Abstract Algebra, 3rd edition, Wiley, 1996. §3.6
- John B. Fraleigh, A First Course in Abstract Algebra, 7th edition, Pearson, 2002. §21
- Serge Lang, Algebra, Revised 3rd edition, Springer, 2002. cap. II §4