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Anillos que inyectan en todos los enteros p-ádicos

Denote $p$ un número primo y $\mathbb Z _p$ el anillo de $p$ -enteros. Tenemos un homomorfismo canónico de anillo inyectivo $:\mathbb Z \rightarrow \mathbb Z_p$ para todos $p$ . Pero $\mathbb Z$ no es el anillo más grande que se asigna a todos los $\mathbb Z_p$ . Consideremos, por ejemplo, el anillo de todas las series formales $$ F := \left\{ \sum_{n=0}^\infty a_n \cdot n! \; ,\; 0\leq a_n\leq n \right\}. $$ Desde $(n!)_n$ converge $p$ -adicalmente a cero para cada $p$ esto da un morfismo canónico $\phi_p: F\rightarrow \mathbb Z_p$ .

Debo admitir que $\phi_p$ no es inyectiva, pero la intersección $\bigcap\limits_p \ker \phi_p$ es cero. Entonces, lo que se sabe sobre los anillos $R$ que contiene $\mathbb{Z}$ y tener morfismos "canónicos" $\phi_p:R\rightarrow \mathbb Z_p$ con $\bigcap\limits_p \ker \phi_p=0$ ?

Para empezar, si $x\in R$ es un elemento que satisface una ecuación polinómica con coeficientes en $\mathbb Z$ entonces $x\in \mathbb Z$ (por el teorema chino del resto teorema chino). Así que $R$ debe ser una extensión trascendental de $\mathbb Z$ .

¿Existe un anillo máximo o una buena noción de "elemento máximo" de tales anillos? (Por ejemplo, un anillo $R'$ con una inyección $:R\rightarrow R'$ haciendo todo $\phi_p$ -diagramas conmutativos).

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Avik Chatterjee Puntos 21

El anillo que busca es $\widehat{\mathbb{Z}}={\displaystyle\lim_{\leftarrow}\mathbb{Z}/N\mathbb{Z}}$ .

Esto tiene mapas canónicos a $\mathbb{Z}_p={\displaystyle\lim_{\leftarrow}\mathbb{Z}/p^k\mathbb{Z}}$ inducido por la toma de $\mathbb{Z}/N\mathbb{Z}\twoheadrightarrow \mathbb{Z}/p^k\mathbb{Z}$ (donde $p^k$ es el mayor poder de $p$ dividiendo $N$ ).

Su condición pide que el mapa del producto $\widehat{\mathbb{Z}}\to \prod_p \mathbb{Z}_p$ debería ser inyectivo; de hecho, por el Teorema del Resto Chino, este mapa es un isomorfismo: $\widehat{\mathbb{Z}}\cong \prod_p \mathbb{Z}_p$ . Así que este es el anillo universal de este tipo.


Una perspectiva más amplia: pasar de $\mathbb{Z}$ a $\widehat{\mathbb{Z}}$ equivale a tomar la terminación de $\mathbb{Z}$ con respecto a la topología inducida por la inclusión $\mathbb{Z}\hookrightarrow \prod_p \mathbb{Z}_p$ , por lo que el anillo $\widehat{\mathbb{Z}}$ obtenemos es el cierre de $\mathbb{Z}$ dentro de $\prod_p \mathbb{Z}_p$ . El hecho de que esto sea todo de $\prod_p \mathbb{Z}_p$ significa que $\mathbb{Z}$ es denso en $\prod_p \mathbb{Z}_p$ . Esta densidad es una forma débil de "aproximación" (es el Teorema del Resto Chino), que es significativamente generalizada por los teoremas clásicos de aproximación débil y fuerte (e incluso aproximación superfuerte ).

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