首先讓我們定義G為一個群,我們說G是solvable/soluble(可解)的話代表存在filtration G=G0⊳G1⊳⋯⊳Gn={e}使得說Gi/Gi+1是abelian的
照這個定義來看如果是要解多項式f∈Q[x]的話就需要滿足求根式解
如果G是 solvable 的話,則G的subgroups以及商數皆為solvable
讓G=G0⊳G1⊳⋯⊳Gn={e}使得Gi/Gi+1屬於abelian
讓H<G屬於subgroup
⇒H=H∩G0⊳H∩G1⊳⋯H∩Gn=e
(H∩Gi)/(H∩Gi+1)↪Gi/Gi+1⇒(H∩Gi)/(H∩Gi+1)isabelian.
⇒Hissolvable
假設H⊲G,則GiH<G以及Gi+1H⊲GiH.
Gi/Gi+1↠(GiH)/(Gi+1H)
⇒(GiH)/(Gi+1H)≅(GiH/H)/(Gi+1H/H)isabelian.
⇒G/Hissolvable.
(1) Dn=<x,y∣xn=y2=e,yxy−1=x−1>屬於solvable.
證明:Dn⊳<x>⊳{e},Dn/<x>≅Z/2Z,<x>≅Z/nZ
(2) S3≅D3屬於solvable
(3) S4屬於solvable
(4) 如果n≥5則Sn不屬於solvable,(⟹Galoisf∈Q[x],deg(f)≥5,一般來說無法在求根式解解出)
證明:假設我們有一個filtration Sn=G0⊳G1⊳⋯⊳Gn=e使得Gi/Gi+1是abelian的,Gi本身應該會包含在Sn上所有i的所有3-cycles組合,但在n≥5的時候會矛盾
(5) Bn(F)⊂GLn(F),意指 Borel subgroup 是 solvable 的,Bn(F) 例如像是
∗00⋯∗0∗∗∗∈GLn(F)
:一組upper triangular matrices
證明:n=3:B3⊃U3⊃Z(U3)={101x01∣x∈F}⊃{1},其中U3:={1x1yz1∣x,y,z∈F},而{101x01∣x∈F}⊃{1}≅F
U3→F×F,1x1yz1↦(x,z) with kernel Z(U3)
B3→{a1a2a3∣a1,a2,a3∈Fx},a100∗a20∗∗a3↦a1a2a3,其中a1,a2,a3≅Fx×Fx×Fx與kernel
U3⇒B3/U3≅Fx×Fx×Fx
⇒B3issolvable.