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Mostrar que $x^2 + x + 12 = 3y^5$ no tiene ningún entero de soluciones.

Mostrar que $x^2 + x + 12 = 3y^5$ no tiene ningún entero de soluciones.

Utilice el hecho de que el grupo de clase de $K$ es cíclico de orden 5, donde $K=\mathbb{Q}[\alpha]$ $\alpha$ es la raíz de $x^2-x+12$.

Tenemos que $$\alpha = \frac{1+\sqrt{-47}}{2}$$

Uno puede factorizar el lado izquierdo:

$$(x+\alpha)(x+\bar{\alpha})$ $ ¿y luego qué? Si se demuestra que los factores mencionados son coprime, diciendo que ellos son la 5 de poderes de algún ideal no ayuda mucho, ya que sabemos que el 5º poder de cualquier ideal es una de las principales es ideal debido a que el grupo de clase se $C_5$. - ¿Cómo "3" entran en juego?

3voto

Warren Moore Puntos 2979

Suponiendo que significaba $K=\mathbb{Q}(\alpha)=\mathbb{Q}[x]/(x^2+x+12)$, entonces el primer paso es el factor que hizo $$ (x+\alpha)(x+\overline{\alpha})=3y^5. $$ De hecho,$\overline{\alpha}=-(1+\alpha)$. Es útil considerar los ideales generados por estos elementos, dicen $$ \begin{align*} I&=(x+\alpha), & I'&=(x+\overline{\alpha}), & J&=(y). \end{align*} $$ Coprime. Deje $G=I+I'$ ser el máximo común divisor. Queremos mostrar que $I$ $I'$ son coprime, es decir, que $G=(1)$. Tenga en cuenta que $1+2\alpha\in G$, y por lo $G\mid(1+2\alpha)$. Ahora $\operatorname{N}(1+2\alpha)=47$, que es un primo! De hecho,$\Delta_K=-47$, y así es la única que se ramifica a flor de $K$: $(47)=\mathfrak{p}^2$, donde $\mathfrak{p}=(1+2\alpha)$ es la directora. Por lo tanto $G=\mathfrak{p}$ o $(1)$.

En el primer caso, $\mathfrak{p}\mid I,I'$, pero no hay mayor poder de $\mathfrak{p}$ (ideales tienen la misma norma y $\mathfrak{p}$ es la única que prime por encima de 47). Esto produce un factor de cuadrado de $\mathfrak{p}$ en II', pero un $5$-ésima potencia en $J^5$, lo cual es una contradicción.

Mediante el grupo de clase. A partir de lo anterior, podemos escribir $A^5\mid I$, $(A')^5\mid I'$, por unos ideales $A$ y $A'$. $I$ y $I'$ no son necesariamente $5$-th poderes a sí mismos por el factor de $3$ que está involucrado. Desde $(3)=(3,\alpha)(3,1+\alpha)$, los factores que tendrá que aparecer en algún lugar.

Como $h_K=5$, sabemos que $A^5$ $(A')^5$ son principales, y como ambos $I$ $I'$ son principales, $I=(3)A^5$ $I'=(A')^5$ o$I=A^5$$I'=(3)(A')^5$, como de los factores de $(3)$ no son principales.

Supongamos que el anterior, y deje $I'=(a+b\alpha)^5$. Entonces $$ \begin{align*} ((x-1)-\alpha)&=(a+b\alpha)^5, \\ &=(a^5+5a^4b\alpha+10a^3b^2\alpha^2+10a^2b^3\alpha^3+5ab^4\alpha^4+b^5\alpha^5), \\ &=(a^5+5a^4b\alpha-10a^3b^2(12+\alpha)+10a^2b^3(12-11\alpha)+5ab^4(132+23\alpha) \\ &\,\,\,\,\,\,\,\,-b^5(276-109\alpha)), \\ &=((a^5-120a^3b^2+120a^2b^3+660a^4b-276b^5) \\ &\,\,\,\,\,\,\,\,+(5a^4b-10a^3b^2-110a^2b^3+115ab^4+109b^5)\alpha). \end{align*} $$ Desde $\mathcal{O}_K^\times=\langle -1\rangle$, igualando los coeficientes de los generadores de la por encima de los ideales que nos han $$ -1=\pm(5a^4b-10a^3b^2-110a^2b^3+115ab^4+109 b^5), $$ o $$ -\frac{1}{b}=\pm(5a^4-10a^3b-110a^2b^2+115ab^3+109 b^4), $$ que al instante las fuerzas de $b=\pm 1$$a,b\in\mathbb{Z}$. En este punto, usted sólo tiene que convencer a ti mismo que no tienen soluciones para $a\in\mathbb{Z}$, entonces estamos hecho (en el caso posterior, donde $(3)\mid I'$ se realiza de manera similar).

Si usted desea mostrar esto, se podría hacer algo a lo largo de las líneas de este. Supongamos que $b=1$. Entonces $$ \pm 1=5a^4-10a^3-110a^2+115a+109=5(a-1)a((a-1)a-23)+109, $$ es decir, $$ -110=5(a-1)a((a-1)a-23)\text{ o }-108=5(a-1)a((a-1)a-23). $$ El segundo caso no puede ocurrir desde $5\nmid 108$. Para el primer caso, se requieren $a,a-1\mid 110$. La única pares de enteros consecutivos dividiendo $110$ $(1,2)$, $(10,11)$ y sus desventajas, por lo $a=-10,-1,2$ o $11$, todos los cuales pueden ser rápidamente descartado por el taponamiento anterior. Asimismo, para $b=-1$.

3voto

benh Puntos 5591

Suponga $x,y\in \Bbb Z$ es una solución. Tenga en cuenta que el mcd de a $(x+\alpha)$ $(x+\bar{\alpha})$ divide $(\alpha-\bar\alpha)=(\sqrt{-47})$. Por lo que el mcd es necesariamente un director ideal.

Deje $ \mathfrak p \neq (\sqrt{-47})$ ser un primer dividiendo $(y)$$\mathcal{O}_K=\Bbb Z[\alpha]$. A continuación, $\mathfrak p$ divide exactamente uno de los factores $(x+\alpha)$$(x+\bar \alpha)$. Por lo tanto $\mathfrak p^5$ se divide este factor. Además, $\mathfrak{p}^5$ es un director ideal como $h_K = 5$.

Así que todos los factores de $y^5$ puede ser reordenada en la RHS a los principales ideales dividiendo $(x+\alpha)$ o $(x+\bar \alpha)$.

Por último, el primer $(3)$ se divide en $\mathcal O_K$ en $$(3) = (3,\alpha)(3,\bar \alpha) $$ and neither factor is a principal ideal. It is clear that $3 \no \mid x+\alpha,x+\bar \alpha $ in $\Bbb Z[\alpha]$ because the coefficient of $\alpha$ is not divisible by $3$. Therefore, each factor of $(3)$ divides either $(x+\alpha)$ or $(x+\bar \alpha)$.

Ahora nos encajar las piezas: Por la mencionada consideración $(x+\alpha)$ factores principales ideas y exactamente uno de $(3,\alpha)(3,\bar \alpha)$. En consecuencia, no puede ser un director de ideal - una contradicción.

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