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Demuestre que el anillo de enteros $A$ del campo cúbico $\mathbb Q[x]$ con $x^3=2$ es principal.

Demuestre que el anillo de enteros $A$ del campo cúbico $K=\mathbb Q[x]$ con $x^3=2$ es principal.

La pista que se da en el libro es mayorizar el discriminante de $A$ por $D(1,x,x^2)$ y luego utilizar el hecho de que toda clase ideal de un campo numérico $K$ de grado $n$ contiene un ideal $b$ tal que $$N(b) \leq \left(\frac {4}{\pi}\right)^{r_2}\frac{n!}{n^n}|d|^\frac{1}{2}.$$ Aquí $2r_2$ es el número de incrustaciones $\sigma:\Bbb Q[x]\to\Bbb C$ tal que $\sigma(K) \not \subset \mathbb R$ y $d$ es el discriminante absoluto de $K$ .

No tengo ni idea de cómo proceder. ¿Alguna ayuda?

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jammur Puntos 589

La pista lo dice todo. En primer lugar, observe que $1, x,x^2$ son integrales en su campo. Satisfacen $t-1=0,\, t^3-2=0,\, t^3-4=0$ que son polinomios integrales mónicos. También son un $\Bbb Q$ -para el campo numérico, así que si tenemos una base integral, $\alpha_0,\alpha_1,\alpha_2$ para $K$ , entonces sabes que hay una matriz entera, $M$ para que $M\alpha_i=x^i$ .

El discriminante de esta nueva base es simplemente

$$\operatorname{disc}(1,x,x^2)=(\det M)^2\cdot \operatorname{disc}(\alpha_0,\alpha_i,\alpha_2).$$

y como $\det M\in\Bbb Z$ tenemos que

$$|\operatorname{disc}(1,x,x^2)|\ge |\operatorname{disc}(\alpha_0,\alpha_i,\alpha_2)|=\Delta_K.$$

El discriminante de $\{1,x,x^2\}$ se calcula fácilmente como el determinante

$$\operatorname{disc}(1,x,x^2)=\det(\operatorname{Tr}(x^{i-1}x^{j-1}))=\begin{vmatrix} 3 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 6 \\ 0 & 6 & 0\end{vmatrix}=-108.$$

Muy bien, el trabajo duro ha terminado, ahora la estimación de Minkowski. Como $\Bbb Q(\sqrt[3]{2})$ se ve fácilmente que tiene $r_1=1, r_2=1, n=3$ calculamos que todos los ideales, $\mathfrak{b}$ poseer un representante, $\xi$ de límite de la norma

$$N(\xi)\le \left({4\over\pi}\right)\left({6\over 27}\right)\sqrt{108}\approx 2.94.$$

Esto significa que los únicos ideales posibles que no podrían ser principales son los de norma menor o igual a $2$ . Pero ya sabemos que $(2)=(\sqrt[3]{2})^3$ está totalmente ramificado, por lo que $(\sqrt[3]{2})$ es el único ideal por encima de $2$ en $K$ y que $(\sqrt[3]{2})$ es de norma $2$ y es principal. Por lo tanto, todos los ideales de $K$ son principales.

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