Câmp cuadratic
În teoria numerelor algebrice , un câmp pătratic este un câmp algebric gradul doi pe domeniul raționalelor . Functia este o bijecție din mulțimea tuturor numerelor întregi fără pătrate la setul tuturor câmpurilor pătratice. De sine câmpul pătratic corespunzător se numește câmpul pătratic real , dacă câmpul pătratic corespunzător se numește câmp pătratic complex sau câmp pătratic imaginar , în funcție de faptul dacă este sau nu un subcâmp al câmpului numerelor reale .
Câmpurile pătratice au fost studiate inițial ca parte a teoriei formelor pătrate binare . Deși teoria câmpului pătratic a fost studiată pe larg, unele probleme rămân încă nerezolvate. Problema numărului clasei este una dintre cele mai importante.
Inel întreg
Elementele inelului de numere întregi ale unui câmp pătratic se numesc numere întregi pătratice . Luați în considerare un câmp pătratic cu un întreg fără pătrate . Acest lucru nu este restrictiv așa cum este , pentru fiecare număr întreg pozitiv implica
Orice număr întreg pătratic poate fi scris în formă cu Și
Atâta timp cât cazul este lipsit de pătrate nu se poate întâmpla. [1]
Discriminator
Pentru un întreg pătrat diferit de zero discriminantul câmpului pătratic Și de sine Și in caz contrar. De exemplu, dacă asa de este câmpul raționalelor gaussiene și discriminantul este Motivul acestei distincții este că inelul întregilor lui este generat de în primul caz și din In secunda.
Ansamblul discriminanților de câmp pătratic este exact ansamblul discriminanților fundamentali .
Factorizarea primilor ca produs al idealurilor
Orice număr prim dă naștere unui ideal în inelul numerelor întregi a unui câmp pătratic Din teoria generală a factorizării idealurilor prime în extensiile Galois, rezultă că putem avea doar următoarele cazuri: [2]
- este inert
- Idealul este un ideal primar.
- Inelul coeficient este câmpul finit cu elemente:
- se rupe
- Idealul este produsul a două idealuri prime distincte Și din
- Inelul coeficient este produsul
- este ramificat
- Idealul este pătratul unui ideal prim din
- Inelul coeficient conține elemente nilpotente diferite de zero.
Al treilea caz apare dacă și numai dacă împarte discriminantul Primul și al doilea caz apar atunci când simbolul Kronecker Este egal cu Și respectiv. De exemplu, dacă este un număr prim impar care nu se împarte asa de se rupe dacă și numai dacă este un pătrat modulo Primele două cazuri au, într-un sens, o probabilitate egală de apariție pentru care variază între numere prime, vezi teorema densității lui Chebotarev . [3]
Legea reciprocității pătratice implică faptul că comportamentul factorizării unui prim într-un câmp pătratic depinde doar de modul unde este este câmpul discriminant.
Grupul clasei
Grupul de clase al unei extensii pătratice de câmpuri poate fi determinat folosind limita Minkowski și simbolul Kronecker datorită finitudinii grupului de clase. [4] Un câmp pătratic are discriminant
deci limita Minkowski este
Prin urmare, grupul claselor ideale este generat de idealuri prime a căror normă este mai mică de Acestea pot fi determinate analizând defalcarea idealurilor pentru primul cu [2] pagina 72 . Aceste descompuneri pot fi găsite folosind teorema Kummer-Dedekind .
Subdomenii quadratice ale câmpurilor ciclotomice
Subcâmpul pătratic al primului câmp ciclotomic
Un exemplu clasic de construire a unui câmp pătratic este acela de a lua singurul subcâmp pătratic din câmpul ciclotomic generat de o rădăcină primitivă -thth din unitate, cu un număr prim impar. Unicitatea este o consecință a teoriei lui Galois : există un subgrup unic de index 2 în grupul Galois de pe Câmpul pătratic discriminant este pentru Și pentru Intr-adevar prin urmare, este singura care se ramifică în câmpul ciclotomic este singurul prim care poate împărți discriminantul câmpului pătratic. Aceasta exclude „ceilalți” discriminatori Și respectiv.
Alte câmpuri ciclotomice
Celelalte câmpuri ciclotomice au grupuri Galois cu 2-torsiune suplimentară și, prin urmare, conțin cel puțin trei câmpuri pătratice. În general un câmp pătratic cu discriminant poate fi obținut ca un subcâmp al unui câmp ciclotomic de -rădăcinile unității. Aceasta exprimă faptul că conductorul unui câmp pătratic este valoarea absolută a discriminantului său, un caz special al formulei conductor-discriminant .
Ordinele câmpurilor pătratice cu discriminant mic
Tabelul următor prezintă câteva mici ordine discriminante ale câmpurilor pătratice. Ordinea maximă a unui câmp de număr algebric este inelul său întreg, iar ordinea maximă discriminantă este câmpul discriminantă. Discriminantul unei ordine non-maxime este produsul discriminantului de ordinul maxim corespunzător de pătratul determinantului matricei care exprimă o bază a ordinii non-maxime pe baza ordinii maxime.
Pentru inele de numere întregi reale pătratice, numărul de clase ideale, care măsoară eșecul factorizării unice, este dat în OEIS A003649 ; pentru cazul imaginar, acestea sunt furnizate în OEIS A000924 .
Ordin | Discriminator | Numărul clasei | Unitate | Comentarii |
---|---|---|---|---|
−20 | 2 | ± 1 | Clase ideale | |
−19 | 1 | ± 1 | Stăpânire cu idealuri principale , nu euclidiene | |
−16 | 1 | ± 1 | Comandă non-maximă | |
−15 | 2 | ± 1 | Clase ideale | |
−12 | 1 | ± 1 | Comandă non-maximă | |
−11 | 1 | ± 1 | Euclidian | |
−8 | 1 | ± 1 | Euclidian | |
−7 | 1 | ± 1 | Întreg Kleinian | |
−4 | 1 | ciclic de ordinul 4 | Numere întregi gaussiene | |
−3 | 1 | Numere întregi Eisenstein | ||
-84 | 4 | Grup de clasă neciclic ( ) | ||
5 | 1 | (normă ) | ||
8 | 1 | (normă ) | ||
12 | 1 | (standard 1) | ||
13 | 1 | (normă ) | ||
17 | 1 | (normă ) | ||
20 | 2 | (normă ) | Comandă non-maximă |
Unele dintre aceste exemple sunt enumerate în Artin, Algebra (ed. A II -a), §13.8.
Notă
- ^ De ce este definit inelul pătratic întreg? , la math.stackexchange.com . Adus la 31 decembrie 2016 .
- ^ a b Stevenhagen, Number Rings ( PDF ), la websites.math.leidenuniv.nl , p. 36.
- ^ Samuel , pp. 76f
- ^ William Stein, Algebraic Number Theory, A Computational Approach ( PDF ), la wstein.org , pp. 77-86.
Bibliografie
- ( EN ) Duncan Buell,Forme pătratice binare: teoria clasică și calcule moderne , Springer-Verlag , 1989, Capitolul 6, ISBN 0-387-97037-1 .
- ( EN ) Pierre Samuel, Teoria algebrică a numerelor , Paris / Boston, Hermann / Houghton Mifflin Company, 1972, ISBN 978-0-901665-06-5 .
- ( EN ) Pierre Samuel, Teoria algebrică a numerelor , Dover, 2008, ISBN 978-0-486-46666-8 .
- ( EN ) IN Stewart și DO Tall, teoria numerelor algebrice , Chapman și Hall, 1979, capitolul 3.1, ISBN 0-412-13840-9 .
linkuri externe
- ( EN ) Eric W. Weisstein, Cadratic , în MathWorld , Wolfram Research.
- (EN) Cadratic , în Enciclopedia Matematicii , Springer and the European Mathematical Society, 2002.