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Números de clase estrictos de campos totalmente reales

En su documento Cálculo de sistemas de valores propios de Hecke asociados a formas modulares de Hilbert Greenberg y Voight señalan que

...es una conjetura popular que si uno ordena campos totalmente reales por su discriminante, entonces una proporción (sustancial) positiva de campos tendrá el número de clase 1 estricto.

He intentado buscar más detalles al respecto, pero no he encontrado nada.

¿Esta conjetura se basa únicamente en cálculos, o hay heurísticos que expliquen por qué esto debería ser cierto?

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Tal vez valga la pena por qué Cohen-Lenstra predice este comportamiento. Supongamos que K es un campo con r lugares arquimedianos. Entonces Spec O_K puede considerarse análoga a una curva sobre un campo finito k con r puntuaciones, que es un esquema afín Spec R. Escriba C para la curva (no puntuada). Entonces el grupo de clases de R es el cociente de Pic(C)(k) por el subgrupo generado por las clases de las puntuaciones -- o, lo que es lo mismo, el cociente de Jac(C)(k) por el subgrupo generado por los divisores de grado 0 apoyados en las puntuaciones. (Este último subgrupo no es más que la imagen de un homomorfo natural de Z^{r-1} a Jac(C)(k)).

La filosofía de Cohen-Lenstra es que estos grupos y los datos de puntura son "al azar" - es decir, usted debe esperar que la p-parte del grupo de clase de R se parece a lo que se obtendría si se elige un azar abeliano finito p-grupo (donde un grupo A es ponderado por 1/|Aut(A)|) y mod por la imagen de un homomorfismo al azar de Z^{r-1}. (Hay varias maneras en que esta descripción es ligeramente fuera de la marca, pero esto da el punto general).

Resulta que cuando r > 1 la probabilidad es bastante buena de que un homomorfismo aleatorio de Z^{r-1} a A sea suryectivo. De hecho, la probabilidad es lo suficientemente cercana a 1 que cuando se toma un producto sobre todos los p todavía se obtiene un número positivo. En otras palabras, cuando r > 1 Cohen-Lenstra predice una probabilidad positiva de que el grupo de clase tendrá p-parte trivial para todos los p; en otras palabras, es trivial. (De hecho, predice una probabilidad exacta, que se ajusta bastante bien a los datos experimentales).

En cambio, cuando r = 1, el grupo de clase es el propio A, y la probabilidad de que su parte p sea trivial es del orden 1-1/p. Ahora bien, el producto sobre todos los p es 0, por lo que uno NO espera ver una proporción positiva de grupos de clase triviales. Y de hecho, cuando sólo hay un lugar arquimediano -- es decir, cuando K es cuadrático imaginario -- ¡esto es justo lo que ocurre!

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Zameer Manji Puntos 1213

Una heurística es la siguiente: si uno imagina que el residuo en $s = 1$ de la $\zeta$ -función no crece demasiado rápido, entonces el valor es una combinación del regulador y el número de clase. No conozco ninguna razón para que el regulador no crezca también (hay (al fin y al cabo, ¡hay muchas unidades!), por lo que cabe imaginar que el número de clase se mantenga pequeño.

Esto forma parte de una heurística general según la cual en los campos de números aleatorios tiende a haber un equilibrio entre las unidades y el número de clase, por lo que especialmente en el caso totalmente real, cuando hay tantas unidades, el número de clase a menudo debería ser 1.

Aprendí algunas de estas heurísticas de un colega mío que considera más o menos como un axioma que un campo de números aleatorios tiene un número de clase muy pequeño. Creo que este punto de vista se formó a partir de una mezcla de ideas del tipo descrito anteriormente, junto con mucha experiencia informática con campos de números aleatorios. Así que la respuesta a tu pregunta podría ser que se trata de una mezcla de heurística y cálculos.

Por cierto, en el caso cuadrático real, es compatible con Cohen--Lenstra, pero creo que se remonta a Gauss. Además, hay generalizaciones de Cohen--Lenstra a la contexto de grado más alto, y estoy bastante seguro de que son compatibles con el grupo de clase / unidad de grupo trade-off heurístico descrito anteriormente.

3voto

Elliot Vargas Puntos 3917

Creo que la mejor manera de convencerse de que los números de clase de los campos cuadráticos reales tienden a ser pequeños es observar la expansión continua de fracciones de $\sqrt{D}$ .

La longitud del período de la fracción continua es aproximadamente el regulador (hasta un factor de $\log{D}$ ). Uno puede calcular fácilmente algunas fracciones continuas aleatorias, y ver que para la mayoría de los números, la longitud está realmente a un pequeño factor de distancia de $\sqrt{D}$ .

Los números que tienen una duración de periodo de fracción continua pequeña son muy escasos. Creo que no es difícil demostrar que la cantidad de números de hasta $X$ que tienen una duración de período de $\sqrt{D}$ inferior a un número entero fijo $n$ es $O(X^{1-\epsilon})$ para algunos $\epsilon > 0$ (Creo que 1/2 debería funcionar siempre).

En cierto sentido (muy estricto en realidad) el regulador cuenta cuántos números $n$ con $|n| < 2\sqrt{D}$ puede representarse como $n = x^2-Dy^2$ para algunos números enteros $x, y$ . Bueno, si $D$ es grande y aleatoria, entonces parece razonable que sean muchos. Por tanto, el regulador debería estar en torno a $\sqrt{D}$ y, por tanto, según la fórmula del número de clase de Dirichlet, el número de clase debería ser muy pequeño.

Una vez que te convences del caso cuadrático real, el resto viene inmediatamente, porque ya te crees cosas que la gente decía agitando mucho las manos. (Esta es una filosofía general en matemáticas)

1voto

Brian Puntos 462

Para la clase ordinaria número 1 en el caso cuadrático real, véase la obra de Cohen y Lenstra Heurística sobre grupos de clases de campos numéricos https://openaccess.leidenuniv.nl/retrieve/2845/346_069.pdf

Tal vez no sea tanto el salto de su a ver una heurística argumentando que una parte sustancial positiva tienen estricta clase número 1.

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