有限域是一個具有有限域序(即,元素數量)的域,也稱為伽羅瓦域。有限域的階總是素數或素數的冪(Birkhoff 和 Mac Lane 1996)。對於每個素數冪,都存在恰好一個(通常的警告是“恰好一個”意味著“直到同構為止恰好一個”)有限域 GF(),在當前用法中通常寫作
。
GF() 稱為階為
的素域,並且是模
的剩餘類的域,其中
個元素表示為 0, 1, ...,
。GF(
) 中的
與
具有相同的含義。但是請注意,在模 4 的環中,
,因此 2 沒有倒數,並且模 4 的環與具有四個元素的有限域不同。因此,為了清晰起見,有限域表示為 GF(
),而不是 GF(
),其中
。
有限域 GF(2) 由元素 0 和 1 組成,它們滿足以下加法和乘法表。
| 0 | 1 | |
| 0 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | |
| 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
如果有限域 的元素子集
使用與
相同的運算子滿足上述公理,則
稱為子域。有限域廣泛用於糾錯碼的研究。
當 時,GF(
) 可以表示為多項式的等價類的域,這些多項式的係數屬於 GF(
)。任何不可約多項式的次數
都會產生相同的域,直到同構為止。例如,對於 GF(
),模數可以取為
或
。使用模數
,GF(
) 的元素(寫為 0,
,
,...)可以表示為次數小於 3 的多項式。例如,
|
(1)
| |||
|
(2)
| |||
|
(3)
| |||
|
(4)
| |||
|
(5)
|
現在考慮下表,其中包含有限域元素的幾種不同表示形式。列分別是冪、多項式表示、多項式表示的係數三元組(向量表示)以及對應於向量表示的二進位制整數(常規表示)。
| 冪 | 多項式 | 向量 | 常規 |
| 0 | 0 | (000) | 0 |
| 1 | (001) | 1 | |
| (010) | 2 | ||
| (100) | 4 | ||
| (011) | 3 | ||
| (110) | 6 | ||
| (111) | 7 | ||
| (101) | 5 |
第二列中多項式的集合在模 的加法和乘法下是封閉的,並且集合上的這些運算滿足有限域的公理。這個特定的有限域被稱為 GF(2) 的 3 次擴充套件域,寫作 GF(
),並且域 GF(2) 稱為 GF(
) 的基域。如果不可約多項式以這種方式生成所有元素,則它稱為本原多項式。對於任何素數或素數冪
和任何正整數
,都存在次數為
的 GF(
) 上的本原不可約多項式。
對於 GF() 的任何元素
,
,並且對於 GF(
) 的任何非零元素
,
。存在一個最小的正整數
,滿足對於 GF(
) 中的某個元素
的和條件
。這個數字稱為有限域 GF(
) 的域特徵。 域特徵是每個有限域的素數,並且以下是成立的
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(6)
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在特徵為 的有限域上。