Polinomios y cuerpos · Definición

Cuerpo de fracciones

álgebra modernaanillos

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 \(ad=bc\).

\[\frac ab=\frac cd\iff ad=bc,\qquad \frac ab+\frac cd=\frac{ad+bc}{bd},\qquad \frac ab\cdot\frac cd=\frac{ac}{bd}\]

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

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