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La motivación detrás de la definición de ideal del grupo de clase

Deje $O$ ser un dominio de Dedekind y $K$ su campo de fracciones. El conjunto de todas las fracciones de los ideales de $K$ formar un grupo, el grupo ideal $J_K$ de K. La fracción principal de los ideales de la $(a) = aO, a \in K^*$, forman un subgrupo de la el grupo de los ideales de la $J_K$, que será denotado $P_K$. El cociente de grupo $$CL_K=J_K/P_K$$ is called the ideal class group of $K$.

Esta definición se ve completamente arbitrarias, no veo por qué el grupo de clase o el ideal de la clase de grupo es digno de estudio. Así que, ¿por qué el grupo de clase o ideal del grupo de clase interesante? He leído que el ideal de clase del grupo de las "medidas" ¿cuánto única factorización de la falla en un dominio, pero no entiendo cómo lo hace.

Esto a partir de la Teoría Algebraica de números por Neukirch.

El grupo de clase $C_K$ medidas de la expansión que tiene lugar cuando pasamos de los números ideales, mientras que el grupo de la unidad de $O^*$ medidas de la contracción en el mismo proceso. Este inmediatamente se plantea el problema de la comprensión de estos grupos de $O^*$ $C_K$ más a fondo.

No entiendo el párrafo anterior. ¿Qué significa "la expansión que tiene lugar cuando pasamos de los números ideales"? Y ¿por qué molestarse acerca de esa "expansión"?

19voto

user8269 Puntos 46

En un punto crucial en la prueba de que la ecuación de $y^2=x^3-31$ no tiene soluciones en los enteros, se tiene una ecuación que relaciona los ideales, $$((y+\sqrt{-31})/2)=(2,(3+\sqrt{-31})/2)A^3$$ for a certain ideal $Un$ in the ring of integers in ${\bf Q}(\sqrt{-31})$. But it turns out that the class number of that ring of integers is $3$, so $Un^3$ is a principal ideal, and you get a contradiction, since you can prove that $(2,(3+\sqrt{-31})/2)$ es no un director ideal.

Huelga decir que esto es sólo un ejemplo entre muchos, donde la clase de propiedades de grupo de ayuda a resolver Diophantine ecuaciones.

14voto

Goethe Puntos 18

Tenemos la breve secuencia exacta de los grupos

$$1\to k^\times\to J_k\to \text{cl}(k)\to 1$$

El problema con esto es que nos hemos visto obligados a ir al grupo de la "tierra" porque no queremos lidiar con monoids (por ejemplo, la monoid de $\mathcal{O}_k$ bajo la multiplicación). Así que, vamos a olvidar que hemos tomado monoids en cada paso y hacer algún tipo de fracciones proceso para llegar a grupos. Lo que conseguimos es

$$1\to \mathcal{O}_k\to \left\{\text{ideals of }\mathcal{O}_k\right\}\to \text{cl}(k)\to 1$$

Así, vemos que el grupo de clase puede ser más o menos aunque se acerca, como la relación de $\{\text{ideals of }\mathcal{O}_k\}$ $\mathcal{O}_k$sí. En otras palabras, en nuestra búsqueda de la única factorización hemos pasado de elementos de $\mathcal{O}_k$ (que no puede ser un UFD) a los ideales de $\mathcal{O}_k$ (que siempre tienen única factorización). En un mundo perfecto de sol y caramelos a los ideales de la $\mathcal{O}_k$ sería el mismo que $\mathcal{O}_k$ porque $\mathcal{O}_k$ sería un PID. Por desgracia, vivimos en ningún mundo dulce y, en general, vamos a tener a agregar "en condiciones" para obtener la factorización única necesitamos. La relación de $\left\{\text{ideals of }\mathcal{O}_k\right\}$ $\mathcal{O}_k$(i.e el grupo de clase) medidas cuánto extra hemos tenido que añadir.

11voto

Rob Lachlan Puntos 7880

El concepto de ideal entró en el mundo de las matemáticas en algún lugar en el siglo 19, creo que en el contexto del anillo de cyclotomic enteros $\Bbb Z[\zeta_n]$ donde $\zeta_n=e^{2\pi i/n}$, en el intento de ataque del último teorema de Fermat.

Un ideal es una generalización de un número-o, más generalmente, al hablar de un elemento de un anillo, porque si $x\in{\cal O}_K$ el subconjunto $(x)=x{\cal O}_K$ es de hecho un ideal. El concepto se convirtió pronto útil en otros contextos, por ejemplo, en la geometría, donde el conjunto de funciones polinómicas de fuga en un conjunto algebraico afín en el espacio es en realidad un ideal, y así sucesivamente.

La motivación detrás de la introducción de los ideales, al menos en una media aritmética contexto, es que un anillo de enteros algebraicos ${\cal O}_K$ es una Única Factorización de Dominio (y, en particular, las nociones de irreductible y elementos principales coinciden) si y sólo si cada ideal $I$ es en realidad la principal, es decir, $I$ es uno de los ideales generados por, o "que viene de" un solo número como antes: $I=(x)$.

De hecho, un requisito menos estricto en los ideales de la $\Bbb Z[\zeta_p]$ $p$ prime fue ideado por Kummer para mostrar la unsolvability, cuando se cumplió con el requisito, de la ecuación de Fermat con exponente $p$.

Estos son evidentes indicios de que el conjunto de ideales es digno de estudio.

Así, una primera pregunta natural es: "¿cuánto nos ampliar el conjunto de elementos cuando podemos generalizar a partir de los elementos ideales"? Básicamente, la idea es que el que más el conjunto de ideales es relativamente más grande, el más "complicado" de la aritmética de ${\cal O}_K$ es. Ya que ambos conjuntos son infinitos, la respuesta a esta pregunta no puede ser demasiado directa.

La observación clave es que la multiplicación ordinaria en $K$ induce una multiplicación entre los ideales que, de hecho, "extiende" la obvia multiplicación $(x)\cdot(y)=(xy)$ entre los principales ideales. Es notable que en virtud de esta ampliación de la multiplicación de la unicidad de la factorización es recuperado: ideales puede ser el único descomponerse como aproduct de primer ideales, y una de las principales principales ideas son exactamente las generadas por los elementos principales. Por otra parte, si tenemos más de generalizar nuestra imagen de la introducción de fracciones de ideales, estas multiplicaciones en realidad definir una estructura de grupo abelian en el set $J_K$ de las fracciones ideales para que el subconjunto $P_K$ de las principales fracciones de los ideales es un subgrupo.

Pero ahora que tenemos los grupos hay una manera muy natural para comparar tamaños: acaba de tomar el cociente $C_K=J_K/{\cal O}_K$.

Por lo que el resultado esencial que $C_K$ es finito significa que a la hora de generalizar a partir de los elementos ideales que hacer lidiar con una mayor conjunto, pero no se que relativamente grandes. O, en otras palabras, que para que un genérico de campo de número de $K$ la media aritmética de ${\cal O}_K$ puede ser esencialmente más complicada que la de $\Bbb Z$, pero después de todo no es más que complicado (advertencia: esta última interpretación no puede ser leído demasiado optimista, y conducir a falsas expectativas; :-) )

4voto

Hurkyl Puntos 57397

El grupo $K^*$ es interesante. Sin embargo, es difícil de estudiar.

El grupo $J_K$ es relativamente fáciles de estudiar.

Hay un homomorphism $f:K^* \to J_K$ conexión de los dos, que envía un elemento no nulo de a $K$ a las principales fracciones de ideal que genera.

Por lo tanto, podemos aprender un montón de información acerca de $K^*$ mediante el estudio de $J_K$ lugar.

La desventaja es, por supuesto, que $J_K$ no es en realidad $K^*$. Y, a veces, que la diferencia de la materia. La diferencia es cuantificado por los otros dos grupos: $\mathcal{O}^*$ es el núcleo de $f$, e $CL_K$ es el cokernel de $f$. Si podemos obtener conocimiento acerca de estos dos grupos adicionales, que nos ayuda a entender la diferencia entre el$K^*$$J_K$.


Dicho esto, a veces $CL_K$ es interesante por derecho propio, y a veces $J_K$ es el grupo en el que estamos realmente interesados en la. Incluso podríamos estar especialmente interesado en el mapa de $f$! Incluso en esos casos, el conocimiento de los otros grupos que todavía puede ayudar.

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