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¿Qué es una descripción para el siguiente número teórico de objeto?

El título no podía contener la pregunta, así que no intento hacer que sea preciso. Debo señalar que esta es la tercera o cuarta pregunta que me he pedido estos dos últimos días acerca de los problemas que yo he tenido, y quiero agradecer a todos ustedes por ser realmente útil.

La pregunta es esta: Dicen que usted comienza con un campo de número de $K$ que no contenga $\zeta_p$. Deje $\Delta$ ser el automorphism grupo de $K(\zeta_p)/K$. Voy a ver $K(\zeta_p)^{\times} \otimes \mathbb{F}_p$ $\mathbb{F}_p[\Delta]$- módulo. Deje $\omega$ ser el cyclotomic carácter (lo que significa que para cualquier $\delta \in \Delta$ y $\zeta_p$, $\delta(\zeta_p)=(\zeta_p)^{\omega(\delta)}$). Hay una descripción fácil de $(K(\zeta_p)^{\times} \otimes \mathbb{F}_p)^{\omega}$?

Tenga en cuenta que me refiero a la $\omega$-isotypic componente, como se explica en uno de mis anteriores preguntas: Básicos de la Teoría de la Representación

Obviamente $\zeta_p^n$ $(K(\zeta_p)^{\times} \otimes \mathbb{F}_p)^{\omega}$ para todo entero $n$. ¿Qué más está allí? Hay una buena descripción?

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YequalsX Puntos 320

Escribir $L=K(\zeta_p)$, y deje $G_K$ (resp. $G_L$) ser el abolute grupo de Galois de $K$ (resp. $L$), por lo que el $G_K/G_L = \Delta$. La inflación de restricción da un isomorfismo $H^1(G_K,\mathbb Z/p) = H^1(G_L,\mathbb Z/p)^{\Delta},$ donde el superíndice $\Delta$ indica el submódulo de $\Delta$-invariantes. (Más precisamente, hay un mapa de la mano izquierda a la mano derecha, que en este caso es un isomorfismo, porque el acompañamiento en términos de la inflación-la restricción de la secuencia exacta de involucrar a cohomology de $\Delta$ con coeficientes en $\mathbb Z/p$, y este cohomology se desvanece, ya que $|\Delta| \mid p-1$, lo que es coprime a $p$.)

Ahora bien, si hemos de elegir un isomorfismo $\mathbb Z/p \cong \mu_p$ (es decir, fijar una selección de $\zeta_p$ de los primitivos $p$th raíz de $1$), entonces tenemos un isomorfismo $H^1(G_L,\mathbb Z/p)^{\Delta} = H^1(G_L,\mu_p)^{\omega}.$ (El superíndice $\omega$ aquí estoy usando en su sentido, es decir, es el submódulo en que $\Delta$ actúa a través de la $\omega$.)

[Añadido: tenga en cuenta que $\Delta$ actúa en $\mu_p$ a través del personaje de $\omega$. Así que un cohomology de la clase $c$ $H^1(G_L,\mathbb Z/p)^{\Delta}$ es fijo por $\Delta$ si y sólo si, cuando es considerado como una clase en $H^1(G_L,\mu_p)^{\omega}$, la acción de la $\Delta$ está dada por el carácter $\omega$.]

Finalmente, Hilbert Teorema de 90 da un isomorfismo $H^1(G_L,\mu_p) = L^{\times}\otimes \mathbb F_p.$

Así que, en conclusión, existe un isomorfismo $$(L^{\times} \otimes \mathbb F_p)^{\omega} \cong H^1(G_K,\mathbb Z/p) = Hom(G_K^{ab},\mathbb Z/p).$$


La anterior isomorfismo tiene una concreta interpretación: es decir, un (no trivial) mapa de $G_K^{ab}$ $\mathbb Z/p$corresponde a un grado $p$ abelian exension de $K$, decir $F$. Si se forma el compositum de $F$$L$, obtenemos un grado $p$ extensión de $L$. (Debido a que el grado de $L$ $K$ divide $p-1$, este compositum está siendo verdaderamente de grado $p$$L$.) Kummer la teoría nos permite describir esta extensión mediante la extracción de la $p$th raíz de algún elemento $l \in L^{\times}$. La imagen de $l$ $L^{\times}\otimes \mathbb F_p$ is then an element of $(L^{\times}\otimes \mathbb F_p)^{\omega}.$

Por el contrario, si tenemos un elemento de $(L^{\times}\otimes \mathbb F_p)^{\omega},$ dicen que la imagen de algún elemento $l \in L^{\times}$, a continuación, contigua a la $p$th raíz de $L$ $L$da una extensión cíclica de $L$ de grado $p$. La suposición de que $\Delta$ hechos en la imagen de $l$ en $L^{\times}\otimes\mathbb F_p$ través $\omega$ muestra (con un poco de cálculo) que $L(l^{1/p})$ es en el hecho de abelian (de grado $(p-1)p$)$K$, y por lo que contiene un grado $p$ subextension $F$$K$, por lo que el $L(l^{1/p}) = F L.$

Las dos construcciones se acaba de describir dar una descripción explícita de cada dirección de la isomorfismo obtenidos por cohomological métodos anteriores.


Por ejemplo, el elemento $\zeta_p$ que menciona en su pregunta se corresponde con el grado $p$ subextension de $K$$K(\zeta_{p^2})$. Pero cualquier número de campo admite (infinitamente) muchos otros grado $p$ abelian extensiones, y estas dan lugar a (infinitamente) muchos otros elementos de $(L^{\times}\otimes \mathbb F_p)^{\omega}$.

Permítanme, finalmente, explicar por qué es razonable que debe haber muchos de esos elementos: el espacio $L^{\times}\otimes \mathbb{F}_p$ es un infinito dimensional espacio vectorial sobre $\mathbb F_p$, lo que (desde $\Delta$ tiene orden de prime-a-$p$) se descompone en una suma de subespacios propios en virtud de la $\Delta$-acción. Pero $\Delta$ tiene sólo un número finito de caracteres, por lo que sólo contando, vemos que al menos un espacio propio se va a tener que ser de infinitas dimensiones. De hecho, todos los subespacios propios será de infinitas dimensiones, y que la discusión anterior se demuestra por el $\omega$-espacio propio.

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