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¿Existe una explicación de alto concepto de por qué la característica 2 es especial?

La estructura de los grupos multiplicativos de $\mathbb{Z}/p\mathbb{Z}$ o de $\mathbb{Z}_p$ es el mismo para los primos Impares, pero no para $2.$ La reciprocidad cuadrática tiene un enunciado uniforme para los primos Impares, pero un enunciado extra para $2$ . Así que en estos ejemplos la característica $2$ es un caso especial de desorden.

Por otra parte, ciertos tipos de cuestiones combinatorias pueden reducirse al álgebra lineal sobre $\mathbb{F}_2,$ y esta relación no parece generalizarse a otros campos finitos. Así que en este ejemplo la característica $2$ es un buen caso especial.

¿Hay algo profundo aquí? (Tengo una vaga idea sobre las inversiones aditivas y el análisis de Fourier sobre $\mathbb{Z}/2\mathbb{Z}$ pero esperaré a ver lo que dicen los demás).

63voto

ricree Puntos 5055

Creo que hay dos fenómenos en juego, y a menudo se pueden separar los comportamientos en función de si son "causados" por uno o por otro (o por ambos). Un fenómeno es la pequeñez de $2$ es decir, la expresión $p-1$ aparece al describir muchas características $p$ y $p$ -y las propiedades cualitativas de estas estructuras cambiarán mucho dependiendo de si $p-1$ es uno o mayor que uno. Por ejemplo:

  • Añadir una primitiva $p^\text{th}$ raíz de la unidad $z$ à ${\bf Q}_p$ da lugar a una extensión de campo totalmente ramificada de grado $p-1$ . La valoración de $1-z$ es $1/(p-1)$ veces la valoración de $p$ . Esto es una forma larga de decir que $-1$ se encuentra en ${\bf Q}_2$ .
  • El grupo de unidades en el campo primo de una característica $p$ el campo tiene el orden $p-1$ . Esta es la diferencia entre la trivialidad y la no trivialidad.
  • Como has mencionado, algunas cuestiones de combinatoria se pueden plantear en lenguaje booleano y atacarlas con álgebra lineal.

El otro fenómeno es la uniformidad de $2$ . Ejemplos estándar:

  • La negación tiene un punto fijo no trivial. Esto da una forma de explicar por qué hay $4$ raíces cuadradas de $1 \pmod {2^n}$ (para $n$ grande), pero sólo $2$ en el $2$ -límite de la edad. Si se combina esto con la pequeñez, se encuentra que la negación no hace nada, y esto añade mucha sutileza al estudio de los grupos algebraicos (o en general, de los espacios vectoriales con formas).
  • El invariante de Hasse es un peso $p-1$ La forma modular y las formas de peso impar se comportan de forma diferente a las formas de peso par, especialmente en lo que respecta a la elevación a la característica cero, nivel 1. Esto está un poco relacionado con la mención que hace David de las variedades abelianas: he oído que algunas "variedades" albanesas en característica $2$ no se reducen.

59voto

Chad Cooper Puntos 131

Quizá no sea un concepto muy elevado, pero siempre he pensado que el "pecado original" de $2$ es que hay un número entero que es raíz segunda de la unidad, lo que no ocurre para ningún otro primo.

¿Por qué es tan profundo? Bueno, una manera de pensar en ello es la siguiente: en los campos de la característica $p$ , $p^\text{th}$ raíces de la unidad deben ser todas triviales (y en general, tomando $p^\text{th}$ raíces es una mala idea), por lo que los campos de la característica $2$ son especialmente incompatibles con los enteros, ya que tienen que destruir $-1$ .

41voto

cole Puntos 341

Creo que $2$ no es especial, sólo vemos la rareza en $2$ antes de la rareza en los primores de impar.

Por ejemplo, considere $\operatorname{Ext}_{E(x)}(\mathbb{F}_p , \mathbb{F}_p)$ donde $E(x)$ denota un álgebra exterior sobre $\mathbb{F}_p.$ Si $p=2$ se trata de un álgebra polinómica sobre una clase $x_1$ en grado $1$ y si $p$ es impar esto es un álgebra exterior sobre una clase $x_1$ tensor un álgebra polinómica en $x_2$ . Yo digo que son los mismos, generados por $x_1$ y $x_2$ en ambos casos y con un $p$ -producto de Massey $\langle x_1,\dotsc,x_1 \rangle = x_2.$ La única diferencia es que un $2$ -El producto Massey es simplemente un producto.

¿En qué sentido son los $p$ -enteros radicales $\mathbb{Z}_p$ ¿Igual? Una forma de decirlo es que si se estudia el álgebra $K$ -teoría de $\mathbb{Z}_p$ se encuentra que la primera torsión está en grado $2p-3$ . Si $p=2$ esto es un grado $1$ y $K_1(A)$ mide las unidades de $A$ (para un anillo razonable $A$ ). Si $p$ es impar mide algo más complicado. Otra forma de decirlo es que $\mathbb{Z}_p$ es el primer álgebra estabilizadora de Morava y hay algo especial en el $n^\text{th}$ Álgebra estabilizadora de Morava en $p$ si $p-1$ divide $n$ . Si se estudia algo como las formas modulares topológicas, esto significa que los primos $2$ y $3$ son especiales.

El álgebra dual de Steenrod está generada por $\xi_i$ en $p=2$ y por $\xi_i$ y $\tau_i$ en los primores de impar. Pero en realidad es generado por $\tau_i$ con un $p$ -producto de Massey $\langle\tau_i,\dotsc,\tau_i\rangle = \xi_{i+1}$ en todos los primos, después de renombrar los generadores en $p=2$ . (De nuevo un $2$ -el producto Massey es sólo un producto).

Podría seguir, pero tal vez esto sea suficiente por ahora.

22voto

andrewrk Puntos 136

$x\mapsto x^2$ es un automorfismo (1-1) en campos de característica 2, mientras que es 2-1 en $F_q\setminus{0}$ si q es impar. No es un concepto de alto nivel, pero aquí es donde todo lo cuadrático (reciprocidad, residuos, etc.) se rompe.

20voto

Anne-Laure Puntos 26

Es antropocentrismo. Si fuéramos estrellas de mar, pensaríamos que el primer $5$ era el raro.

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