Algebrai számelmélet

Az algebrai számelmélet a számelmélet és így a matematika egy részterülete.

Az algebrai számelmélet a racionális egész illetve racionális számok helyett számtestekkel, azaz a racionális számok testének véges bővítéseivel foglalkozik. Ha ${\displaystyle K}$ egy számtest, akkor vizsgálható a ${\displaystyle K}$-beli algebrai egészek ${\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}$ gyűrűje: ez ${\displaystyle \mathbb {Z} }$ egész lezártjaként áll elő. Konkrétan fogalmazva ${\displaystyle x\in K}$-ra

${\displaystyle x\in {\mathcal {O}}_{K}\iff x^{n}+a_{n-1}x^{n-1}+\ldots +a_{1}x+a_{0}=0}$,

valamely ${\displaystyle n\geq 1}$ és ${\displaystyle a_{i}\in \mathbb {Z} }$ mellett, azaz ${\displaystyle x}$ gyöke egy egész együtthatós (nem konstans 0) polinomnak. Az így kapott ${\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}$ gyűrű Dedekind-gyűrű, és mint ilyen, számos tekintetben ${\displaystyle \mathbb {Z} }$-hez hasonlóan viselkedik, ugyanakkor bizonyos tulajdonságok csak gyengébb formában érvényesek. Például Dedekind-gyűrűkben nem feltétlenül létezik az elemek prímelemekre való egyértelmű felbontása (azaz nem feltétlenül teljesül a számelmélet alaptétele), viszont az ideálok mindig egyértelműen felbonthatók prímideálok szorzatára (tehát az alaptétel ideálokra teljesül).

Számtestek helyett általánosabban beszélhetünk globális testekről is: ebben a fogalomba a számtestek mellett ${\displaystyle \mathbb {F} _{p}(T)}$ véges bővítéseit – az úgynevezett függvénytesteket – is beleértjük, ahol ${\displaystyle p}$ egy racionális prímszám. A számtestek és függvénytestek között alapvető különbség, hogy utóbbiak karakterisztikája véges. Ugyanakkor a globális testek két típusa között számos analógia is fennáll. Egy globális test közvetlen vizsgálata helyett gyakran eredményesebb a hozzá tartozó lokális testekkel foglalkozni, és az így kapott eredményekből a lokál–globál-elven keresztül eljutni egy a globális testre vonatkozó eredményhez. Ez az eljárás a racionális számok (mint globális test) esetében a p-adikus számok (mint lokális testek) vizsgálatát jelenti.

Alapvető fogalmak

Az egyértelmű prímfelbontás hiánya

Lásd még: A számelmélet alaptétele

Legyen ${\displaystyle R}$ egy integritási tartomány. Egy ${\displaystyle p\in R}$ elemet akkor mondunk prímnek, ha

${\displaystyle \forall a,b\in R:\,p\mid ab\implies p\mid a}$ vagy ${\displaystyle p\mid b}$.

Ez a definíció a racionális egészek gyűrűjében a prímszámokénál gyengébb definíciót ad: ${\displaystyle \mathbb {Z} }$ prímelemei pontosan a prímszámok és a prímszámok ellentettjei. Ez annak az általános állításnak a speciális esete, hogy ha ${\displaystyle p\in R}$ prímelem és ${\displaystyle u\in R^{\times }}$ egység, akkor ${\displaystyle up}$ is prímelem (a racionális egészek körében ${\displaystyle \pm 1}$ az egységek).

Egy ${\displaystyle x\in R}$ elemet irreducibilisnek (felbonthatatlannak) nevezünk, ha

${\displaystyle \forall y,z\in R:\,x=yz\implies y\in R^{\times }}$ vagy ${\displaystyle z\in R^{\times }}$,

azaz ${\displaystyle x}$-nek nincs nemtriviális faktorizációja. Általában minden prímelem irreducibilis, de a fordított irányú implikáció nem igaz.

Azt mondjuk, hogy ${\displaystyle R}$-ben teljesül a számelmélet alaptétele (azaz ${\displaystyle R}$ alaptételes gyűrű, illetve az angol unique factorisation domain rövidítéseként UFD), ha minden elem sorrend és egységszorzók erejéig felbontható irreducibilis elemek szorzatára. Például ${\displaystyle \mathbb {Z} }$ UFD, de általános esetben ${\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}$ nem az. UFD-ben a prím- és az irreducibilis elemek megegyeznek.

Például ${\displaystyle R=\mathbb {Z} [{\sqrt {-5}}]}$-ben 3, ${\displaystyle 2+{\sqrt {-5}}}$ és ${\displaystyle 2-{\sqrt {-5}}}$ irreducibilis elemek, így

${\displaystyle 9=3\cdot 3=\left(2+{\sqrt {-5}}\right)\left(2-{\sqrt {-5}}\right)}$

a 9 két különböző felbontása irreducibilis elemekre. Valóban, ha a két felbontás nem lenne különböző, akkor ${\displaystyle 2\pm {\sqrt {-5}}}$ egységszerese lenne 3-nak, viszont ${\displaystyle \mathbb {Z} [{\sqrt {-5}}]}$-ben a 3-mal osztható elemek ${\displaystyle 3a+3b{\sqrt {-5}}}$ alakúak (${\displaystyle a,b,\in \mathbb {Z} }$).

Ideálok felbontása prímideálok szorzatára

Lásd még: Dedekind-gyűrű

Ha ${\displaystyle K}$ egy számtest, akkor ${\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}$ Dedekind-gyűrű, következésképpen bármely ${\displaystyle I\subseteq {\mathcal {O}}_{K}}$ ideál sorrend erejéig egyértelműen felbontható prímideálok szorzatára. Másképp fogalmazva ${\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}$-ban a számelmélet alaptétele elemek helyett csak ideálokra teljesül.

Speciálisan ha ${\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}$ UFD, akkor minden prímideált egy prímelem generál. Következésképpen ${\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}$ akkor és csak akkor UFD, ha főideálgyűrű. (Általános esetben ez nem áll: ha egy integritási tartomány főideálgyűrű, akkor mindig UFD, de a megfordítás nem feltétlenül igaz.)

Osztálycsoport

Akkor és csak akkor nincs egyértelmű prímfelbontás, ha a gyűrűben vannak olyan prímideálok, amik nem főideálok. A prímideálok nem-főideálságát méri az osztálycsoport. Ahhoz, hogy csoportstruktúrát kapjunk, az algebrai egészek gyűrűjében vett ideálok helyett egy bővebb halmazzal, a törtideálokkal dolgozunk. A törtideál fogalma az ideálénál általánosabb: egy ${\displaystyle J\subseteq K}$ részhalmaz akkor törtideál, ha additív részcsoport és zárt az ${\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}$ elemeivel való szorzásra, azaz ${\displaystyle x\in {\mathcal {O}}_{K}\implies xJ\subseteq J}$. Minden ideál törtideál, és ha ${\displaystyle I,J}$ törtideálok, akkor az ${\displaystyle IJ=\{ij\mid i\in I,j\in J\}}$ szorzatuk is törtideál. A törtideálok ezzel a szorzással csoportot alkotnak, az egységelem ${\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}$, az inverz ${\displaystyle J^{-1}=\{x\in K\mid xJ\subseteq {\mathcal {O}}_{K}\}}$. Az osztálycsoport rendje az osztályszám.

Valós és komplex beágyazások

Bizonyos számtestek beágyazhatók a valós számtestbe; mások nem. Előbbire példa ${\displaystyle \mathbb {Q} ({\sqrt {2}})}$, utóbbira ${\displaystyle \mathbb {Q} ({\sqrt {-3}})}$. Egy ilyen beágyazás nem feltétlenül egyértelmű: a példánál maradva, ${\displaystyle \mathbb {Q} ({\sqrt {2}})}$ kétféleképpen ágyazható be a valós számok testébe: a két beágyazást ${\displaystyle {\sqrt {2}}\mapsto {\sqrt {2}}}$ illetve ${\displaystyle {\sqrt {2}}\mapsto -{\sqrt {2}}}$ indukálja.

Mivel a komplex számok ${\displaystyle \mathbb {C} }$ teste a racionális számtest algebrai lezártja, minden ${\displaystyle K}$ számtest beágyazható a komplex számok testébe. A különböző beágyazások száma megegyezik a ${\displaystyle (K:\mathbb {Q} )}$ fokszámmal. A beágyazások közül valósnak nevezzük azokat, amiknek képe ${\displaystyle \mathbb {C} }$-ben részhalmaza ${\displaystyle \mathbb {R} }$-nek; minden más beágyazást komplexnek nevezünk. A komplex beágyazások párokat alkotnak: ha ${\displaystyle \sigma :K\hookrightarrow \mathbb {C} }$ egy beágyazás, akkor a ${\displaystyle {\bar {\sigma }}:K\hookrightarrow \mathbb {C} }$ konjugált is az, ahol ${\displaystyle {\bar {\sigma }}(x)={\overline {\sigma (x)}}}$, és a felülvonás komplex konjugálást jelöl.

A valós beágyazások számát ${\displaystyle r_{1}}$-gyel, a komplex konjugált beágyazáspárok számát ${\displaystyle r_{2}}$-vel szokás jelölni. Következik, hogy ${\displaystyle r_{1}+2r_{2}=(K:\mathbb {Q} )}$.

Diszkrimináns

Azt mondjuk, hogy egy ${\displaystyle K/\mathbb {Q} }$ bővítésben az ${\displaystyle \alpha _{1},\ldots ,\alpha _{n}}$ elemek egész bázist alkotnak, ha

${\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}=\mathbb {Z} \alpha _{1}\oplus \ldots \oplus \mathbb {Z} \alpha _{n}}$.

Minden számtestben létezik egész bázis, és az ${\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}$ Abel-csoport ${\displaystyle n}$ rangja megegyezik a bővítés ${\displaystyle (K:\mathbb {Q} )}$ fokával.^[1]

Legyen ${\displaystyle \alpha _{1},\ldots ,\alpha _{n}}$ egy egész bázis, és legyenek ${\displaystyle \sigma _{1},\ldots ,\sigma _{n}}$ a beágyazások, azaz a ${\displaystyle \operatorname {Hom} _{K}(K,\mathbb {C} )}$ csoport elemei. Ekkor az ${\displaystyle (\alpha _{1},\ldots ,\alpha _{n})}$ bázis diszkriminánsa

${\displaystyle d(\alpha _{1},\ldots ,\alpha _{n})=\det \left(\left(\sigma _{i}\alpha _{j}\right)_{i,j}\right)^{2}}$.

Megmutatható, hogy ez nem függ az egész bázis választásától, így beszélhetünk a ${\displaystyle K}$ számtest diszkriminánsáról.^[2]

A fentiekkel analóg módon definiálható számtestek egy ${\displaystyle L/K}$ bővítésének relatív diszkriminánsa. A diszkrimináns fontos szereppel bír az elágazáselméletben.

Elágazáselmélet

Tekintsük számtesteknek egy ${\displaystyle L/K}$ bővítését. Minden ${\displaystyle {\mathcal {O}}_{L}}$-beli ${\displaystyle {\mathfrak {P}}}$ prímideál egy ${\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}$-beli ${\displaystyle {\mathcal {p}}}$ prímideál fölött helyezkedik el, azaz ${\displaystyle {\mathfrak {p}}={\mathfrak {P}}\cap {\mathcal {O}}_{K}}$ egy prímideál. A megfordítás nem igaz: az ${\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}$ egy ${\displaystyle {\mathcal {p}}}$ prímideálja által generált ${\displaystyle {\mathfrak {p}}{\mathcal {O}}_{L}}$ ideál nem feltétlenül prím. Amint az fentebb részletezve volt, ${\displaystyle {\mathcal {O}}_{L}}$ Dedekind-gyűrű, következésképpen az ideál egyértelműen felírható prímideálok szorzataként, azaz

${\displaystyle {\mathfrak {p}}{\mathcal {O}}_{L}=\prod _{i=1}^{g}{\mathfrak {P}}^{e_{i}}}$

valamely ${\displaystyle {\mathfrak {P}}_{i}}$ prímideálokra és ${\displaystyle e_{i}\geq 1}$ pozitív egészekre. Az ${\displaystyle e_{i}}$ kitevőt ekkor a ${\displaystyle {\mathfrak {P}}_{i}}$ elágazási indexének nevezzük. Definiáljuk továbbá ${\displaystyle {\mathfrak {P}}_{i}}$ inerciafokát: ez a ${\displaystyle {\mathfrak {P}}}$ hányadostestének mint ${\displaystyle {\mathfrak {p}}}$ hányadosteste feletti testbővítésnek a foka, azaz

${\displaystyle f_{i}=\left({\mathcal {O}}_{L}/{\mathfrak {P}}:{\mathcal {O}}_{K}/{\mathfrak {p}}\right)}$.

Az ezekre vonatkozó fontos összefüggés a fundamentális egyenlet:

${\displaystyle (L:K)=\sum _{i=1}^{g}e_{i}f_{i}}$

Azt mondjuk, hogy ${\displaystyle {\mathfrak {p}}}$ elágazik az ${\displaystyle L/K}$ bővítésben, ha ${\displaystyle e_{i}>1}$ valamely ${\displaystyle i}$-re; máskülönben ${\displaystyle {\mathfrak {p}}}$ el nem ágazó. Továbbá ha ${\displaystyle e_{i}=f_{i}=1}$ minden ${\displaystyle i}$-re, akkor azt mondjuk, hogy ${\displaystyle {\mathfrak {p}}}$ teljesen felbomlik. Az elágazási viselkedés meghatározásában központi szereppel bír a diszkrimináns: pontosan azok a prímek ágaznak el, amelyek osztják a relatív diszkriminánst. Minkowski-elméleti eszközökkel megmutatható, hogy minden ${\displaystyle K/\mathbb {Q} }$ testbővítés diszkriminánsa 1-nél nagyobb; következésképpen ${\displaystyle \mathbb {Q} }$-nak nincsen elágazásmentes bővítése.

Ha az ${\displaystyle L/K}$ bővítés Galois, akkor a ${\displaystyle {\mathfrak {p}}}$ fölötti prímideálok egymás Galois-konjugáltjai. Következésképpen valamennyiük az összes elágazási index megegyezik, és ugyanez igaz az inerciafokokra is.

Zetafüggvény

Egy számtest Dedekind-féle zetafüggvénye a Riemann-féle zéta-függvény általánosítása számtestekre. Ennek megfelelően a számtest prímideáljainak viselkedését írja le. Egy K számtest Dedekind-zetafüggvényét először azon ${\displaystyle s}$ komplex számokra definiáljuk, amelyeknek valós része 1-nél nagyobb. Ezekre a zetafüggvényt a következő Dirichlet-sor adja meg:

${\displaystyle \zeta _{K}(s)=\sum _{I\subseteq {\mathcal {O}}_{K}}{\frac {1}{(\mathrm {N} _{K/\mathbb {Q} }(I))^{s}}}}$

Itt ${\displaystyle I}$ az ${\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}$ gyűrű nemnulla ideáljain fut végig, és ${\displaystyle \mathrm {N} (I)=({\mathcal {O}}_{K}:I)}$ az ideál abszolút normáját jelöli. Könnyen látható, hogy a ${\displaystyle K=\mathbb {Q} }$ speciális esetben a Riemann-féle zetafüggvényt kapjuk. A sor minden fenti ${\displaystyle s}$-re abszolút konvergál.

A Riemann-zetafüggvényhez hasonlóan ${\displaystyle \zeta _{K}}$ is Euler-szorzatalakba fejthető minden ${\displaystyle \mathrm {Re} (s)>1}$-re:

${\displaystyle \zeta _{K}(s)=\prod _{P\subseteq {\mathcal {O}}_{K}}{\frac {1}{1-\mathrm {N} _{K/\mathbb {Q} }(P)^{-s}}},}$

ahol ${\displaystyle P}$ az ${\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}$ prímideáljain fut végig. Az Euler-szorzatalak az ideálok prímideálok szorzatára való egyértelmű felbontásának egyenes következménye.

Hecke megmutatta, hogy ${\displaystyle \zeta _{K}}$ kiterjeszthető a komplex számsíkra meromorf függvényként, egyetlen egyszerű pólussal az ${\displaystyle s=1}$ pontban. Az ebben a pontban vett reziduumot az analitikus osztályszámképlet adja meg – ez az algebrai számelmélet egy központi eredménye.

Főbb eredmények

Az osztályszám végessége

Az algebrai számelmélet egyik klasszikus eredménye, hogy egy számtest osztálycsoportja véges. Az osztálycsoport rendjét a számtest osztályszámának nevezzük; ezt gyakran ${\displaystyle h_{K}}$-val jelölik.

Minkowski-elmélet

Az osztályszám végessége a Minkowski-féle rácselmélet felhasználásával látható be. Ennek felhasználásával egy ${\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}$-beli ideál felfogható egy ${\displaystyle \mathbb {R} ^{r_{1}+2r_{2}}}$-beli ún. teljes rácsként, aminek a térfogata a diszkrimináns és az ideál indexének függvénye. A teljes rácsok térfogatáról szól Minkowski rácsponttétele, aminek felhasználásával az előbbi térfogatra adható egy egyenlőtlenség. Ez az egyenlőtlenség lehetővé teszi az osztályszám becslését, speciálisan a végesség bizonyítását.^[3]

Dirichlet-féle egységtétel

A Dirichlet-féle egységtétel leírja az algebrai egészek ${\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}$ gyűrűjének ${\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}^{\times }}$ egységcsoportját. A tétel szerint ${\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}^{\times }}$ izomorf ${\displaystyle \mu (K)\times \mathbb {Z} ^{r_{1}+r_{2}-1}}$-gyel, ahol ${\displaystyle \mu (K)}$ a ${\displaystyle K}$-beli egységgyökök csoportja, ${\displaystyle r_{1}}$ a ${\displaystyle K\hookrightarrow \mathbb {R} }$ valós beágyazások száma, ${\displaystyle r_{2}}$ pedig a ${\displaystyle K\hookrightarrow C}$ komplex beágyazások számának fele. Másként megfogalmazva, az egységcsoport egy végesen generált ${\displaystyle r_{1}+r_{2}-1}$ rangú Abel-csoport, amelynek torziócsoportja pontosan a ${\displaystyle K}$-beli egységgyökökből áll.

A tételt a Minkowski-elmélet eszközeivel lehet bizonyítani.

Regulátor

Legyenek ${\displaystyle \varepsilon _{1},\ldots ,\varepsilon _{r_{1}+r_{2}-1}\in {\mathcal {O}}_{K}^{\times }}$ az ${\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}^{\times }}$ szabad részének egy bázisa; ezek létezését a Dirichlet-féle egységtétel garantálja. Legyenek ${\displaystyle \sigma _{1},\ldots ,\sigma _{r_{1}}}$ a valós, ${\displaystyle \sigma _{r_{1}+1},{\overline {\sigma _{r_{1}+1}}},\ldots ,\sigma _{r_{1}+r_{2}},{\overline {\sigma _{r_{1}+r_{2}}}}}$ a komplex beágyazások. Legyen ${\displaystyle \delta _{i}=1}$, ha ${\displaystyle 1\leq i\leq r_{1}}$, azaz ha ${\displaystyle \sigma _{i}}$ valós, és ${\displaystyle \delta _{i}=2}$, ha ${\displaystyle r_{1}+1\leq i\leq r_{1}+r_{2}}$, azaz ha ${\displaystyle \sigma _{i}}$ komplex. Ekkor a ${\displaystyle K}$ számtest regulátora

${\displaystyle R_{K}=R_{K}(\varepsilon _{1},\ldots ,\varepsilon _{r_{1}+r_{2}-1})=\left|\det \left(\left(\delta _{i}\log \left|\sigma _{i}(\varepsilon _{j})\right|\right)_{1\leq i,j\leq r_{1}+r_{2}-1}\right)\right|}$.

Vegyük észre, hogy a mátrixból kihagytuk az ${\displaystyle r_{1}+r_{2}}$-edik beágyazáshoz tartozó sort, és így kaptunk négyzetes mátrixot. A regulátor értéke független a kihagyott beágyazástól, valamint a beágyazások illetve az egységek sorrendjétől (a külső abszolútértéknek köszönhetően).^[4]

A regulátor megközelíthető a Minkowski-elmélet felől is.^[5] Ekkor az ${\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}^{\times }}$ egységcsoport képe ${\displaystyle \mathbb {R} ^{r_{1}+2r_{2}}}$-ben egy rács lesz, amelynek térfogata a regulátorral arányos. Következésképpen minél kisebb a regulátor, annál „több” egység van az ${\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}$ gyűrűben, azaz annál „sűrűbben” helyezkednek el az ${\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}^{\times }}$-beli egységek képei az ${\displaystyle \mathbb {R} ^{r_{1}+2r_{2}}}$ Minkowski-térben.

Analitikus osztályszámképlet

Az analitikus osztályszámképlet egy ${\displaystyle K}$ számtest ${\displaystyle \zeta _{K}}$ Dedekind-zetafüggvényének ${\displaystyle s=1}$ helyen vett reziduumát adja meg.

${\displaystyle \lim _{s\to 1}(s-1)\zeta _{K}(s)={\frac {2^{r_{1}}\cdot (2\pi )^{r_{2}}\cdot R_{K}\cdot h_{K}}{w_{K}\cdot {\sqrt {|D_{K}|}}}}}$

A jobb oldalon szereplő számok a következők:

• ${\displaystyle r_{1}}$ a valós beágyazások száma,
• ${\displaystyle r_{2}}$ a komplex beágyazáspárok száma,
• h_K az osztályszám, azaz az osztálycsoport elemszáma,
• R_K a ${\displaystyle K}$ számtest regulátora,
• w_K a ${\displaystyle K}$-ban tartalmazott egységgyökök száma,
• D_K a ${\displaystyle K/\mathbb {Q} }$ bővítés diszkriminánsa.

Általánosságban az osztályszám kiszámítása nehéz kérdés; a fenti képlet részben azért jelentős, mert ezen keresztül az osztályszám meghatározása visszavezethető más invariánsok meghatározására. A bal oldalon álló reziduum kiszámításához egy lehetséges út lehet a számtest prímideáljainak leírása, majd a zetafüggvény Euler-szorzatalakon keresztüli felírása.^[6]

A fenti képlet általánosan igaz valamennyi számtestre. Bizonyos speciális számtestek esetén ennél könnyebben kezelhető képletek is léteznek. Például kvadratikus számtestek (azaz a racionális számok másodfokú algebrai bővítései) esetén az osztályszám meghatározható a diszkrimináns és egy Dirichlet-karakter ismeretében; ez az úgynevezett Dirichlet-osztályszámképlet.^[7]

Ennél nagyobb általánosságban is beszélhetünk „analitikus képletekről” az algebrai számelméletben és az aritmetikai geometriában. Ezek közös vonása, hogy a vizsgált objektum valamely aritmetikai invariánsa és egy analitikus függvény ${\displaystyle s=1}$ helyen vett értéke közötti összefüggést adnak meg, néhány további, jellemzően viszonylag egyszerű tényező erejéig. A fenti esetben a vizsgált objektum a ${\displaystyle K}$ számtest, az aritmetikai invariáns az osztályszám és a regulátor szorzata, az említett analitikus függvény ${\displaystyle \zeta _{K}(s)}$, a további tényezők pedig ${\displaystyle w_{K}}$, ${\displaystyle D_{K}}$ és ${\displaystyle 2^{r_{1}}\cdot (2\pi )^{r_{2}}}$. Egy aritmetikai geometriai példa a Birch és Swinnerton-Dyer-sejtés. Abban a speciális esetben, amikor a Mordell–Weil-csoport véges, az aritmetikai invariáns a Tate–Safarevics-csoport rendje, az analitikus függvény pedig a Hasse–Weil-féle L-függvény lesz.^[8]

Reciprocitási tételek és osztálytestelmélet

A kvadratikus reciprocitási tételhez analóg módon vizsgálható, hogy egy egész együtthatós, ${\displaystyle \mathbb {Q} }$ felett irreducibilis polinom mikor bomlik lineáris faktorokra a moduló p, vagyis a ${\displaystyle \mathbb {F} _{p}[X]}$ polinomgyűrűben. A kvadratikus reciprocitás esetében a vizsgált polinom ${\displaystyle X^{2}-q}$. Egy további példa a körosztási reciprocitási tétel:

A ${\displaystyle \Phi _{n}(X)}$ körosztási polinom akkor és csak akkor bomlik lineáris faktorokra moduló p, ha ${\displaystyle n\equiv 1{\bmod {p}}}$.

Az általános kérdést Abel-polinomok (olyan polinomok, amiknek Galois-csoportja Abel) esetében az osztálytestelmélet vizsgálja; a vonatkozó tétel Artin-reciprocitás néven ismert.^[9]

Kronecker–Weber-tétel

A Kronecker–Weber-tétel szerint minden Abel-számtest beágyazható egy körosztási testbe. Pontosabban ha ${\displaystyle K/\mathbb {Q} }$ egy véges Galois-bővítés, amelynek Galois-csoportja egy Abel-csoport, akkor létezik egy olyan ${\displaystyle m\geq 1}$ egész, melyre ${\displaystyle K\subseteq \mathbb {Q} (\mu _{m})}$. Itt ${\displaystyle \mu _{m}}$ az ${\displaystyle m}$-edik egységgyökök csoportját jelöli, ${\displaystyle \mathbb {Q} (\mu _{m})}$ az ${\displaystyle m}$-edik körosztási test.^[10]

A tétel arra mutat rá, hogy a ${\displaystyle \mathbb {Q} }$ feletti Abel-bővítések elméletében a körosztási testek játsszák az alapvető építőkövek szerepét. Ez azért hasznos, mert így a körosztási testek viszonylag részletesen ismert tulajdonságaiból lehet következtetni más Abel-bővítések tulajdonságaira.

A tételnek létezik egy lokális verziója is – sőt, a tétel egyik lehetséges bizonyításában először ezt a lokális verziót igazolják elágazáselméleti eszközökkel, majd a globális Kronecker–Weber-tétel bizonyítását visszavezetik a lokális esetre.^[10] A lokális Kronecker–Weber-tétel állítása a következő: ha ${\displaystyle K}$ a p-adikus számok ${\displaystyle \mathbb {Q} _{p}}$ testének egy véges Galois-bővítése, amelynek Galois-csoportja egy Abel-csoport, akkor létezik egy olyan ${\displaystyle m\geq 1}$ egész, melyre ${\displaystyle K\subseteq \mathbb {Q} _{p}(\mu _{m})}$.^[11]

A tétel az osztálytest-elméleten keresztül is bizonyítható.^[12]

Jegyzetek

Források

• ↑ Mazur 2020: Barry Mazur: About Main Conjectures. (angolul) 2020. arch Hozzáférés: 2021. március 31.  
• ↑ Neukirch 1992: Jürgen Neukirch: Algebraische Zahlentheorie. (németül) Berlin: Springer-Verlag. 1992. ISBN 3-540-54273-6  
• ↑ Tian: Yichao Tian: Lectures on Algebraic Number Theory. (angolul)  
• ↑ Washington 1997: Lawrence C. Washington: Introduction to Cyclotomic Fields. (angolul) Second Edition. New York: Springer-Verlag. 1997. ISBN 978-1-4612-7346-2  
• ↑ Wyman 1972: B. F. Wyman: What is a Reciprocity Law? (angolul) The American Mathematical Monthly, LXXIX. évf. 6. sz. (1972) 571–586. o. doi
• ↑ Zábrádi 2020: Zábrádi Gergely: Algebrai számelmélet jegyzet. (magyarul) 2020.  

Fordítás

• Ez a szócikk részben vagy egészben az Algebraische Zahlentheorie című német Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
• Ez a szócikk részben vagy egészben az Algebraic number theory című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
• Ez a szócikk részben vagy egészben a Dedekind zeta function című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.