36 votos

¿Por qué?

Todos sabemos que $\sqrt[3]{3}\not\in \mathbb{Q}({\sqrt[3]{2}})$ intuitivamente. Incluso sabemos que $\sqrt[3]{p}\not\in \mathbb{Q}(\sqrt[3]{q})$ para los dos primos $p, q$. Sin embargo, no sé cómo probar estas cosas con rigor. En caso de $\sqrt{p}\not\in \mathbb{Q}(\sqrt{q})$, podemos establecer asumen $\sqrt{p}=a+b\sqrt{q}$ algunos $a, b\in\mathbb{Q}$, y deducir una contradicción. Sin embargo, en el cúbicos caso, la expansión de $(a+b\sqrt[3]{2}+c\sqrt[3]{4})^{3}$ es muy complicado e incluso ampliar esta no podía obtener ninguna contradicción por parte de este. Para ser más específicos, nos da 3 diophantine ecuaciones

$$a^{3}+2b^{3}+4c^{3}+12abc=3$$ $$a^{2}b+2b^{2}c+2c^{2}a=0$$ $$ab^{2}+2bc^{2}+ca^{2}=0$$

y no sé cómo comprobar la solvencia de este tipo de diophantine ecuaciones ( $\mathbb{Q}$ ). Incluso si existe una manera de comprobar la solvencia, no puedo convencer de que puede ser utilizado para comprobar la $\sqrt[3]{p}\not\in \mathbb{Q}(\sqrt[3]{q})$.

Así que traté de usar la teoría de Galois, pero en realidad no sé a dónde ir. Supuse $\mathbb{Q}(\sqrt[3]{3})=\mathbb{Q}(\sqrt[3]{2})$ y tomar un Galois de cierre, es decir, $K=\mathbb{Q}(\sqrt[3]{3}, w)=\mathbb{Q}(\sqrt[3]{2}, w)$ donde$w^{3}=1$, a continuación, trató de utilizar el campo de norma mapas. Podemos comprobar que el $\beta=\sqrt[3]{3}\cdot\sigma(\sqrt[3]{3})\cdot\sigma^{2}(\sqrt[3]{3})\in \mathbb{Q}$ al $\sigma\in Gal(K/\mathbb{Q}), \sigma(\sqrt[3]{2})=\sqrt[3]{2}, \sigma(w)=w^{2}$. Pero no puedo conseguir ninguna información de este.

Edit : sería genial si existe un algoritmo simple para comprobar si $\alpha\in K$ o no para un determinado número algebraico $\alpha$ y un campo de número de $K$.

30voto

Lubin Puntos 21941

He aquí otra prueba, haciendo uso de la luz de $p$-ádico de la teoría:

En primer lugar, tenga en cuenta que Eisenstein nos dice que tanto $\Bbb Q(\sqrt[3]3\,)$ $\Bbb Q(\sqrt[3]2\,)$ son cúbicos extensiones de los racionales, y por lo tanto, son el mismo campo o su intersección es $\Bbb Q$. Por lo tanto, una pregunta equivalente a la declaró uno es, "¿por Qué es $\sqrt[3]2\notin\Bbb Q(\sqrt[3]3\,)$?" Voy a responder a la pregunta nueva.

Tenga en cuenta que $\Bbb Q(\sqrt[3]3\,)$ puede ser embebido en $\Bbb Q_2$, el campo de la $2$-ádico números, porque $X^3-3\equiv(X+1)(X^2+X+1)\pmod2$, producto de dos primos relativos polinomios sobre $\Bbb F_2$, el residuo campo de $\Bbb Q_2$ (más correctamente el residuo campo de $\Bbb Z_2$). Tan Fuerte Hensel del Lema dice que $X^3-3$ tiene una relación lineal factor en $\Bbb Q_2[X]$, en otras palabras, hay una raíz cúbica de a$3$$\Bbb Q_2$. Pero si hubo una raíz cúbica de a$2$$\Bbb Q(\sqrt[3]3\,)$, no tendría que ser una raíz en $\Bbb Q_2$, y no hay ya que tendría que tener (aditivo) valoración $v_2(\sqrt[3]2\,)=1/3$. No hay tal cosa, el grupo de valor de $\Bbb Q_2$$\Bbb Z$.

22voto

See-Woo Lee Puntos 493

Me gusta todo de las 3 respuestas, y creo que he encontrado una solución que utiliza el Rastro, no la Norma. (No sé por qué no me trate de usar traza el mapa antes.) Así que me voy a escribirlo aquí.

Supongamos $K=\mathbb{Q}(\sqrt[3]{2})=\mathbb{Q}(\sqrt[3]{3})$. Considere la posibilidad de un seguimiento mapa $$ \mathrm{Tr}_{K/\mathbb{Q}}:K\to \mathbb{Q}, \,\,\alpha\mapsto[K:\mathbb{Q}(\alpha)]\sum_{i=1}^{n}\sigma_{i}(\alpha) $$ donde $\sigma_{1}(\alpha)=\alpha, \dots, \sigma_{n}(\alpha)$ es raíces del polinomio mínimo de a $\alpha$. (Se puede considerar la posibilidad de trazar el mapa como una traza de un lineal mapa de $m_{\alpha}:K\to K, x\mapsto \alpha x$.) Esta es una $\mathbb{Q}$-lineal mapa y se puede comprobar que $\mathrm{Tr}_{K/\mathbb{Q}}(\sqrt[3]{2})=\sqrt[3]{2}+\sqrt[3]{2}w+\sqrt[3]{2}w^{2}=\sqrt[3]{2}(1+w+w^{2})=0$ donde$w=e^{2\pi i /3}$$\mathrm{Tr}_{K/\mathbb{Q}}(\sqrt[3]{3})=0$, demasiado. Si asumimos $$ \sqrt[3]{3}=a+b\sqrt[3]{2}+c\sqrt[3]{4}\,\,\,\,(a, b, c\in \mathbb{Q}) $$ como en el anterior, tomando traza en ambos lados obtenemos $0=3a$$a=0$. Multiplicando $\sqrt[3]{2}$ $\sqrt[3]{4}$ en ambos lados, obtenemos $b=c=0$ y la contradicción. Creo que este método puede ser usado para demostrar de mayor potencia de los casos, como$\sqrt[n]{3}\not\in \mathbb{Q}(\sqrt[n]{2})$$n\geq 2$.

7voto

Daniel Schepler Puntos 156

Deje $\omega := e^{2 \pi i/3}$, y considerar la posibilidad de la división de campo de $\mathbb{Q}(\sqrt[3]{2}, \omega)$$x^3 - 2$, y el único automorphism $\sigma$ tal que $\sigma(\sqrt[3]{2}) = \omega \sqrt[3]{2}$, $\sigma(\omega \sqrt[3]{2}) = \omega^2 \sqrt[3]{2}$, $\sigma(\omega^2 \sqrt[3]{2}) = \sqrt[3]{2}$. Supongamos que $\sqrt[3]{3} \in \mathbb{Q}[\sqrt[3]{2}]$ es igual a$a + b \sqrt[3]{2} + c \sqrt[3]{4}$$a, b, c \in \mathbb{Q}$. A continuación, $\sigma(\sqrt[3]{3})$ también es una raíz de $x^3 - 3 = 0$, lo que implica que es igual a $\sqrt[3]{3}$, $\omega \sqrt[3]{3}$, o $\omega^2 \sqrt[3]{3}$.

Sin embargo, en el primer caso, $$\sigma(\sqrt[3]{3}) = \sqrt[3]{3} \Rightarrow a + b \omega \sqrt[3]{2} + c \omega^2 \sqrt[3]{4} = a + b \sqrt[3]{2} + c \sqrt[3]{4}.$$ La reescritura de $\omega^2 = - \omega - 1$ y el uso de la independencia lineal de la base $\{ 1, \omega, \sqrt[3]{2}, \omega \sqrt[3]{2}, \sqrt[3]{4}, \omega \sqrt[3]{4} \}$ de la división de campo, llegamos $b = c = 0$, lo que da una contradicción ya que el $\sqrt[3]{3}$ es irracional.

Del mismo modo, en el segundo caso, $\sigma(\sqrt[3]{3}) = \omega \sqrt[3]{3}$ implicaría $\sqrt[3]{3}$ es un racional múltiples de $\sqrt[3]{2}$, lo cual es imposible ya que $\sqrt[3]{3/2}$ es irracional. Y en el tercer caso, $\sigma(\sqrt[3]{3}) = \omega^2 \sqrt[3]{3}$ implicaría $\sqrt[3]{3}$ es un racional múltiples de $\sqrt[3]{4}$, lo cual es imposible ya que $\sqrt[3]{4/3}$ es irracional.

6voto

nguyen quang do Puntos 196

De alguna manera, a la hora de manipular puro radicales, creo que el uso de la identificación o de la traza del mapa, es decir, esencialmente la estructura aditiva, podría llevar a más complicados cálculos que el uso de la estructura multiplicativa y la norma mapa. Parece ser el caso aquí. Introducir el cuadrática campo $k=\mathbf Q (\omega)$ donde $\omega$ es una primitiva raíz cúbica de a $1$. Desde $\mathbf Q(\sqrt[3] 2)$ $ \mathbf Q(\sqrt[3]3)$ tienen un grado $3$ $\mathbf Q$ por el criterio de Eisenstein, Kummer la teoría nos dice que las extensiones $k(\sqrt[3]2)/k$ $k(\sqrt[3]3)/k$ son Galois cíclica de grado $3$, y además coinciden iff $2=3x^3$,$x\in (k^{*})^{3}$. La aportación abajo a $\mathbf Q$, obtenemos la ecuación de diophantine $4a^3=9b^3$ con coprime enteros $a, b$ : imposible porque ni $4$ ni $9$ son cubos. Tenga en cuenta que el argumento se trabaja con otros (coprime) parámetros de $2, 3$.

3voto

orangeskid Puntos 13528

SUGERENCIA:

Si $p$ un número racional, no un cubo, y $a$, $b$, $c$ los números racionales, de modo que

$$(a + b \sqrt[3]p + c \sqrt[3]{p}^2)^3 $$ is rational, then at most one of the numbers $un$, $b$, $c$ es distinto de cero.

Para probar esto, es suficiente para demostrar que si $(b,c) \ne (0,0)$$a=0$. Considere la posibilidad de $\omega = -\frac{1}{2} + i \frac{\sqrt{3}}{2}$. Tenemos $\omega^2 + \omega + 1=0$, e $\omega^3 = 1$.

De $$(a + b \sqrt[3]{p} + c \sqrt[3]{p}^2)^3 = q$$ obtenemos $$(a + b \sqrt[3]{p}\omega + c\sqrt[3]{p}^2 \omega^2)^3=q$$ Desde $(b,c)\ne (0,0)$ llegamos a la conclusión de $$a + b \sqrt[3]{p}\omega + c\sqrt[3]{p}^2 \omega^2 = \sqrt[3]{q} \omega^{\pm 1}$$ y el conjugado de la igualdad $$a + b \sqrt[3]{p}\omega^2 + c \sqrt[3]{p}^2 \omega = \sqrt[3]{q} \omega^{\mp 1}$$

A estas dos igualdades añadimos $$a + b \sqrt[3]p + c \sqrt[3]{p}^2= \sqrt[3]{q}$$ and we get $3 un = 0$, so $a = 0$.


$\bf{Added:}$

Detalles:

Suponga $a + b \sqrt[3]{p}\omega + c \sqrt[3]{p}^2\omega^2 \ne a + b \sqrt[3]{p} + c \sqrt[3]{p}^3$. Tenemos $$b\omega + c \sqrt[3]{p}\omega^2 = b + c \sqrt[3]{p}$$ and with $\omega^2 =-1-\omega$ we get $(b-c\sqrt[3]{p}) \omega = b + 2 c \sqrt[3]{p}$, and so $\omega = \frac{b + 2 c \sqrt[3]{p}}{b-c\sqrt[3]{p}}$, contradiction ( since, say, $\omega$ no es real). Por lo $a + b \sqrt[3]{p}\omega + c \sqrt[3]{p}^2\omega^2$ debe ser una de las otras dos raíces de la ecuación de $x^3 = q$.

$\bf{Added 2:}$ Seguimos la hermosa idea de @Ve-Woo Lee: el uso de las huellas.

$\bf{Fact:}$ Deje $\alpha$ un verdadero radical, que es $\alpha \in \mathbb{R}$, $\alpha^m\in \mathbb{Q}$ para algunos $m$. Supongamos, además, que $\alpha$ es irracional. A continuación, $\operatorname{trace}^L_{\mathbb{Q}}\alpha= 0$ cualquier $L$ finito algebraicas extensión de $\mathbb{Q}$ contiene $\alpha$.

Prueba: suponemos $\alpha >0$. Deje $m$ más pequeño de lo que $\alpha^m \in \mathbb{Q}$. Claramente $m>1$. Vamos a probar que el polinomio $X^m - \alpha^m$ es irreducible sobre $\mathbb{Q}$. Que factores sobre los $\mathbb{C}$ $\prod_{i=0}^m(X- \alpha \omega^i)$. Si varios de estos factores lineales producido un polinomio con coeficientes racionales, tendríamos la libre plazo $$\prod_{i \in I} (- \alpha \omega^i) \in \mathbb{Q}$$ Tomando valores absolutos tendríamos $\alpha^k \in \mathbb{Q}$ algunos $1\le k < m$, no es posible.

Denotar por $K = \mathbb{Q}(\alpha)$. Entonces tenemos $$\operatorname{trace}^K_{\mathbb{Q}}(\alpha) = \sum_{i=0}^{m-1} \alpha \omega^i = 0$$. Hence for every $L\supset K$ obtenemos $$\operatorname{trace}^L_{\mathbb{Q}} \alpha = [L: K] \operatorname{trace}^K_{\mathbb{Q}}\alpha = 0$$

$\bf{Main\ result:}$ Deje $\alpha_i$ real radicales. Supongamos, además, que las relaciones de $\frac{\alpha_i}{\alpha_j}$ $i\ne j$ son irracionales. El la $\alpha_i$'s son linealmente independientes sobre $\mathbb{Q}$.

Prueba: Supongamos $a_i\in \mathbb{Q}$, de modo que $$\sum a_i \alpha_i = 0$$ Revisión $i$, $1\le i \le k$. Tenemos $$a_i = -\sum_{k \ne i} a_k \frac{\alpha_k}{\alpha_i}$$

Vamos a una extensión finita $L$ $\mathbb{Q}$ contiene todos los $\alpha_i$ de los que tomaron las huellas en ambos lados obtenemos $$d \cdot a_i = \sum_{k \ne i} a_k \operatorname{trace}^L_{\mathbb{Q}} \left(\frac{\alpha_k}{\alpha_i}\right )=0$$, since $\frac{\alpha_k}{\alpha_i}$ is a real irrational radical. So all the $a_i$ are $0$.

En palabras: inconmensurables real radicales son linealmente independientes sobre $\mathbb{Q}$.

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