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Los primos de dividir los valores de los polinomios enteros

Problema: Vamos a $n$ ser un número entero y $p$ un primer dividiendo $5(n^2-n+\frac{3}{2})^2-\frac{1}{4}$. Demostrar que $p \equiv 1 \pmod{10}$.

El polinomio puede ser re-escrita como $(\sqrt{5}(n^2-n+\frac{3}{2})-\frac{1}{2})(\sqrt{5}(n^2-n+\frac{3}{2})+\frac{1}{2})$. Si este desaparece mod $p$ $5$ es una ecuación cuadrática de residuos de mod $p$, lo que muestra que $p \equiv \pm 1 \pmod{5}$ (la de los números primos 2 y 5 son fácilmente descartada). Se siente como que el problema debe ser solucionable mediante la comprensión de la división de números primos en la división de campo de este polinomio, pero no puedo encontrar una adecuada "ley de reciprocidad".

Las cosas que no estoy seguro acerca de:

  1. ¿Cómo hace uno para descartar los números primos congruentes a $-1$ mod $5$?
  2. Bajo qué circunstancias se da el caso de que el conjunto {racional de los números primos que dividen a en el anillo de enteros de un cierto número de campo} es la unión de progresiones aritméticas? Este tipo de generalizada de la ley de reciprocidad, pero no sé en qué generalidad son conocidos para celebrar.

10voto

Kristopher Johnson Puntos 265

La única manera de que esta situación podría surgir es que si la división de campo de la $f(x)=5(x^2-x+3/2)^2-1/4$ es el cyclotomic campo generado por la quinta raíces de la unidad. Para mostrar esto, que ayuda a conseguir sus manos sucias y realidad resolver la ecuación de $f(x)=0$.

En general, el número de campos se determinan hasta isomorfismo por su división de leyes. La división de la ley será determinado por un la congruencia condición iff la extensión es una extensión de Abelian $\mathbb{Q}$ (por la clase de teoría de campo).

8voto

David HAust Puntos 2696

SUGERENCIA de Su polinomio $p(n)$ se divide ${\mathbb Q}(w), w = \zeta_5$, es decir,

$ 125 \; p(x) = 125 \; (5 x^4-10 x^3+20 x^2-15 x+11) $

$\quad\quad\quad\quad\quad\; = \;\; (5 x+3 w^3-4 w^2-w-3) (5 x+4 w^3+3 w^2+7 w+1)$

$\quad\quad\quad\quad\quad\quad\; * \; (5 x-3 w^3+4 w^2+w-2) (5 x-4 w^3-3 w^2-7 w-6) $

Con respecto a las otras preguntas de la consulta y los comentarios: ha habido mucha investigación sobre las diversas formas de la caracterización de los campos de número por la división de la conducta, la norma establece, etc - que va todo el camino de regreso de nuevo a Kronecker. La búsqueda de los términos "Kronecker equivalente" o "aritméticamente equivalente" encontrará la literatura pertinente. E. g. a continuación se muestra un iluminador de revisión

MR0485790 (58 #5595) 12A65 (12A75)
Gauthier, François
Conjuntos de Kronecker et représentation des nombres estrenos par une forme quadratique binarios.
Bull. Sci. De matemáticas. (2) 102 (1978), no. 2, 129--143.

L. Kronecker [Berlín Monatsber. 1880, 155--162; Jbuch 12, 65] en primer lugar se trató de caracterizar algebraica de los campos de número, por la descomposición del comportamiento de los números primos. Recientemente, el de Kronecker clases de expresiones algebraicas número de campos que han sido estudiados por W. Jehne [J. Teoría de los números 9 (1977), no. 2, 279--320; MR0447184 (56 #5499)] y otros.

Este artículo aborda los siguientes tipos de preguntas:
(a) ¿Cuándo es el conjunto de números primos tener un determinado tipo de división en una expresión algebraica campo de número de contener (hasta un conjunto finito) de una progresión aritmética?
(b) Cuando se establece un sindicato de progresiones aritméticas?

Si $K$ algebraica de campo de número, deje $\text{spl}(K)$ denota el conjunto de los racionales los números primos que se separó completamente en $K$ y deje $\text{spl}^1(K)$ denota el conjunto de los racionales los números primos que tienen al menos un factor linear en $K$. Por otra parte, si $K/Q$ es una extensión de Galois con Galosis grupo $G$, vamos a ${\text Art}_{K/Q}$ denotar la Artin mapa que asigna una clase conjugacy de $G$ a casi todas racional de los números primos $p$. Si $C$ es una clase conjugacy de $G$ $\text{Art}_{K/Q}^{-1}(C)$ es el conjunto de números primos tener Artin símbolo $C$. Por último, un conjunto de $S$ racional de los números primos se dice que contiene una progresión aritmética o la unión de progresiones aritméticas si el conjunto de los números primos en la progresión aritmética(s) difiere de la $S$ a la mayoría de un conjunto finito.

Deje $G'$ denotar el colector de un subgrupo del grupo de Galois $G$. Dos resultados demostraron en el artículo son:

Teorema A. Las siguientes afirmaciones son equivalentes:
(a) $|C|=|G'|$;
(b) $\text{Art}_{K/Q}^{-1}(C)$ es la unión de progresiones aritméticas;
(c) $\text{Art}_{K/Q}^{-1}(C)$ contiene una progresión aritmética.

Teorema B. Las siguientes afirmaciones son equivalentes:
(a) $K/Q$ es abelian;
(b) $\text{spl}(K)$ contiene una progresión aritmética;
(c) $\text{spl}(K)$ es la unión de progresiones aritméticas;
(d) no existe un módulo de $m$ y un subgrupo ${r_1,\cdots,r_t}$ del grupo multiplicativo modulo $m$ tal que $\text{spl}(K)$ es la unión de las progresiones aritméticas $mx+r_i\ (i=1,\cdots,t)$.

Al $K/Q$ no es una extensión de Galois es bien sabido que $\text{spl}(K)=\text{spl}(\overline K)$ donde $\overline K$ denota la normal de cierre de $K$. Se sigue por el Teorema de B $\text{spl}(K)$ no puede contener una progresión aritmética. Sin embargo, el autor da dos condiciones, una necesaria y el otro suficientes, para $\text{spl}^1(K)$ a ser la unión de progresiones aritméticas al $K/Q$ no es Galois. Como una aplicación final de su resultado, el autor da una condición necesaria y suficiente para el conjunto de los números primos representado por una forma cuadrática a ser la unión de progresiones aritméticas.

Las pruebas de uso de campo de clase de teoría, las propiedades de la Artin mapa y el Čebotarev densidad teorema.

Revisado por Charles J. Parry

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