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Expreso $4+\sqrt{-2}$ como producto de irreducibles

Esto es parte de un antiguo examen de la Parte A de Oxford. (1992 A1)

Supongamos que equipamos $R=\mathbb{Z}[\sqrt{-2}]$ con la función euclidiana $d$ definido por $$d(m+n\sqrt{-2})=|m+n\sqrt{-2}|^2$$ Quiero determinar las unidades de $R$ y expresar $4+\sqrt{-2}$ como un producto de irreducibles y utilizarlo para determinar cuántos ideales de $R$ contienen $4+\sqrt{-2}$ .

Progreso

Creo que he demostrado que las únicas unidades son $1,-1$ pero no veo cómo se puede demostrar que este elemento es un producto de irreducibles. En general, tenemos que en un dominio euclidiano cada elemento es un producto finito de irreducibles, pero no veo cómo calcularlos.

Gracias

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Tom Oldfield Puntos 7330

Una pista: La clave está en utilizar la función euclidiana. Como muchos subrings del plano complejo, tenemos la función euclidiana que das, $\phi$ , de tal manera que $\phi(a+bi) = a^2+b^2$ . Sabemos que $\phi$ es multiplicativo en $\mathbb{C}$ y podemos demostrar que en el caso de $\mathbb{Z}[\sqrt{-2}]$ el algoritmo de división funciona.

Para determinar las unidades de $R$ , si $z$ es una unidad, entonces $zz^{-1}$ =1 así que $\phi(z)\phi(z^{-1})=1.$ Por lo tanto, o bien $\phi(z)= 1$ o, sin pérdida de generalidad, $\phi(z)<1$ . ¿Podríamos conseguirlo en el anillo dado?

Para expresar $4+\sqrt{-2}$ como producto de irreducibles, si no se ve cómo factorizar directamente, suponga $ab=4+\sqrt{-2}$ (donde tampoco hay unidades). De ello se desprende que $\phi(a)\phi(b)=18$ . Usando eso $\mathbb{Z}$ es un UFD, y utilizando nuestros conocimientos previos sobre qué valores de $\phi$ que pueden tomar los elementos no unitarios, podemos determinar algunos valores posibles de $\phi$ para los factores. Jugar con los posibles elementos de un determinado "tamaño" debería permitirte factorizar $4+\sqrt{-2}$ en partes más pequeñas. Para demostrar que estos cada factor es irreducible, supongamos que es expresable como producto de elementos no unitarios, determinemos los valores posibles de $\phi$ los divisores pueden tomar y luego mostrar que esto no es posible.

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