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대수적 수체

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대수 구조

대수적 수론에서대수적 수체(代數的數體,영어:algebraic number field), 줄여서수체(數體,영어:number field)는유리수체Q{\displaystyle \mathbb {Q} }유한 확대이다. 즉, 유리수체에, 어떤 유리수 계수 다항식의 근으로 적을 수 있는 유한 개의 원소들을 첨가하여 얻는이다.

정의

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대수적 수체K{\displaystyle K}유리수체Q{\displaystyle \mathbb {Q} }유한 확대이다. 이는대역체의 한 종류이다.

자리

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오스트롭스키 정리(Островский定理,영어:Ostrowski’s theorem)에 따르면, 수체K{\displaystyle K} 위의 자명하지 않은자리들은 다음과 같다.

예를 들어,유리수체의 자리의 목록은 다음과 같다.

수체K{\displaystyle K}에서, 실수 자리의 수를r1{\displaystyle r_{1}}, 복소수 자리의 수를r2{\displaystyle r_{2}}라고 한다. 이 경우, 다음이 성립한다.

[K:Q]=r1+2r2{\displaystyle [K:\mathbb {Q} ]=r_{1}+2r_{2}}

이는K{\displaystyle K}에서 복소수체로 가는체의 확대의 수와 같다. (각 복소수 자리는복소켤레를 취할 수 있으므로, 두 번 중복해서 센다.)

대수적 수체K{\displaystyle K}대역체이므로, 다음과 같은곱 공식(영어:product formula)이 성립한다.[1]:185, Proposition III.1.3

v|a|v=1,aK×{\displaystyle \prod _{v}|a|_{v}=1,\forall a\in K^{\times }}

여기서v{\displaystyle \textstyle \prod _{v}}K{\displaystyle K}의 모든 자리에 대한 곱이며,||v{\displaystyle |-|_{v}}는 주어진 자리에 대응하는 정규화 절댓값이다. 또한, 위 곱에서 오직 유한 개의 항을 제외한 나머지는 모두 1이어서 곱이 잘 정의된다. 예를 들어, 유리수

a=sppnp,s{±1}{\displaystyle a=s\prod _{p}p^{n_{p}},\;s\in \{\pm 1\}}

의 경우

|a|=ppnp{\displaystyle |a|_{\infty }=\prod _{p}p^{n_{p}}}
|a|p=pnp{\displaystyle |a|_{p}=p^{-n_{p}}}

이므로

|a||a|2|a|3=ppnpppnp=1{\displaystyle |a|_{\infty }|a|_{2}|a|_{3}\cdots =\prod _{p}p^{n_{p}}\cdot \prod _{p}p^{-n_{p}}=1}

이다.

수체의 대수적 성질

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가산 무한 체의 유한 확대이므로, 모든 대수적 수체는가산 무한 집합이다.

모든 대수적 수체는 유리수체의 확대로서 다음 조건을 만족시킨다.

그러나정규 확대(즉,갈루아 확대)가 아닌 수체가 존재한다.

대수적 수체K{\displaystyle K}이산 위상을 주면, 그 덧셈군은위상군을 이룬다. 이 경우, 그폰트랴긴 쌍대군K^{\displaystyle {\hat {K}}}는 다음과 같은아델 환의 몫이다.

K^AK/K{\displaystyle {\hat {K}}\cong \mathbb {A} _{K}/K}

대수적 정수환의 덧셈 구조

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 대수적 정수 문서를 참고하십시오.

대수적 수체K{\displaystyle K}대수적 정수환(代數的整數環,영어:ring of algebraic integers)OK{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}ZK{\displaystyle \mathbb {Z} \subset K}의,K{\displaystyle K} 속에서의정수적 원소들의 환이다. 즉, 다음과 같다.

OK={aK:p(x)Z[x]:p is monic; p(a)=0}{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}=\{a\in K\colon \exists p(x)\in \mathbb {Z} [x]\colon p{\mbox{ is monic; }}p(a)=0\}}

이는K{\displaystyle K}부분환을 이룬다.

대수적 수체K{\displaystyle K}대수적 정수환은 모든 비아르키메데스 절댓값들에 대한 완비화들의 정수환(절댓값이 1 이하인 원소들의 집합)들의교집합과 같다.[2]:192

모든 대수적 수체K{\displaystyle K}의 대수적 정수환OK{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}크룰 차원이 1인데데킨트 정역이다. 즉, 다음이 성립한다.

대수기하학적 관점에서는 그스펙트럼을 취해 1차원아핀 스킴으로 여길 수 있다.

모든 대수적 수체K{\displaystyle K}에서, 다음이 성립한다.

OKQ=Z{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}\cap \mathbb {Q} =\mathbb {Z} }
K=FracOK{\displaystyle K=\operatorname {Frac} {\mathcal {O}}_{K}}

여기서Frac{\displaystyle \operatorname {Frac} }분수체를 뜻한다.

정수 기저

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대수적 수체의 대수적 정수환OK{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}의 덧셈군은 유한 생성자유 아벨 군이며, 그 계수는K/Q{\displaystyle K/\mathbb {Q} }의 차수와 같다.

rankOK=[K:Q]=r1(K)+2r2(K){\displaystyle \operatorname {rank} {\mathcal {O}}_{K}=[K:\mathbb {Q} ]=r_{1}(K)+2r_{2}(K)}

차수n의 수체K{\displaystyle K}정수 기저(영어:integral basis)는OK{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}의 (자유 아벨 군으로서의)기저{b1,,bn}{\displaystyle \{b_{1},\dots ,b_{n}\}}이다. 따라서K{\displaystyle K}의 모든 대수적 정수들을

i=1nkibi{\displaystyle \sum _{i=1}^{n}k_{i}b_{i}} (kiZ{\displaystyle k_{i}\in \mathbb {Z} })

로 유일하게 나타낼 수 있고,K{\displaystyle K}의 모든 원소들을

i=1nribi{\displaystyle \sum _{i=1}^{n}r_{i}b_{i}} (riQ{\displaystyle r_{i}\in \mathbb {Q} })

의 꼴로 유일하게 나타낼 수 있다.

일부 수체의 경우, 정수 기저가

bi=b1i,i=1,,r1+2r2{\displaystyle b_{i}=b_{1}^{i},\forall i=1,\dots ,r_{1}+2r_{2}}

가 되게 잡을 수 있다. 이러한 정수 기저를거듭제곱 정수 기저(영어:power integral basis)라고 하고, 거듭제곱 정수 기저를 갖는 수체를단일생성체(영어:monogenic field)라고 한다. 모든이차 수체원분체는 단일생성체이지만, 3차 수체 가운데는 단일생성체가 아닌 체가 존재한다.

정칙 표현

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 체 노름 문서를 참고하십시오.
 체 대각합 문서를 참고하십시오.

n{\displaystyle n}차 수체K{\displaystyle K}의 정수 기저v1,,vnOK{\displaystyle v_{1},\dots ,v_{n}\subset {\mathcal {O}}_{K}}가 주어졌다고 하자. 그렇다면 K의 임의의 원소 x를 다음과 같이 나타낼 수 있다.

xvi=aijvj.{\displaystyle xv_{i}=\sum a_{ij}v_{j}.}

따라서 x를 곱하는 연산을 유리수 계수정사각 행렬

X=(aij)i,j=1,,n{\displaystyle X=(a_{ij})_{i,j=1,\dots ,n}}

로 나타낼 수 있으며, 이를 x의 기저 v1, ..., vn에 대한정칙 표현(正則表現,영어:regular representation)이라 한다. 행렬의대각합이나행렬식고유 다항식 등의불변량x{\displaystyle x}가 무엇인지에 따라 결정되며, 기저에는 의존하지 않는다.

X{\displaystyle X}고유 다항식

det(λX)=λn+c1λn1++cn{\displaystyle \det(\lambda -X)=\lambda ^{n}+c_{1}\lambda ^{n-1}+\cdots +c_{n}}

x{\displaystyle x}를 근으로 갖는일계수 다항식이다. 이 경우,X{\displaystyle X}의 대각합과 행렬식은 다음과 같다.

trX=c1{\displaystyle \operatorname {tr} X=-c_{1}}
detX=(1)ncn{\displaystyle \det X=(-1)^{n}c_{n}}

이 경우,X{\displaystyle X}의 대각합은TK/Q(x){\displaystyle \operatorname {T} _{K/\mathbb {Q} }(x)}로 쓰고,x{\displaystyle x}대각합이라고 한다. 마찬가지로,X{\displaystyle X}의 행렬식은NK/Q(x){\displaystyle \operatorname {N} _{K/\mathbb {Q} }(x)}로 쓰고,x{\displaystyle x}노름이라 한다.

대각합과 노름은 다음의 성질들을 따른다.

판별식

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수체의판별식(判別式,영어:discriminant)은 그 대수적 정수가 얼마나 빽빽히 존재하는지를 측정하는 불변량이다. 즉, 가역원 기준이 작을수록 수체는 더 많은 대수적 정수들을 갖는다. 구체적인 정의는 다음과 같다.

수체K{\displaystyle K}의 대수적 정수환OK{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}의 정수 기저{b1,,br}OK{\displaystyle \{b_{1},\dots ,b_{r}\}\subset O_{K}}를 고르자 (r=r1+2r2{\displaystyle r=r_{1}+2r_{2}}).K{\displaystyle K}의 실수 자리와 복소수 자리들이 다음과 같다고 하자.

σ1R,,σr1R:KR{\displaystyle \sigma _{1}^{\mathbb {R} },\dots ,\sigma _{r_{1}}^{\mathbb {R} }\colon K\hookrightarrow \mathbb {R} }
σ1C,,σr2C:KC{\displaystyle \sigma _{1}^{\mathbb {C} },\dots ,\sigma _{r_{2}}^{\mathbb {C} }\colon K\hookrightarrow \mathbb {C} }

그렇다면 다음과 같은r×r{\displaystyle r\times r}정사각 행렬을 정의할 수 있다.

M=(σ1R(b1)σr1R(b1)σ1C(b1)σr2C(b1)σ¯1(b1)σ¯r2(b1)σ1R(br)σr1R(br)σ1C(br)σr2C(br)σ¯1(br)σ¯r2(br)){\displaystyle M={\begin{pmatrix}\sigma _{1}^{\mathbb {R} }(b_{1})&\cdots \sigma _{r_{1}}^{\mathbb {R} }(b_{1})&\sigma _{1}^{\mathbb {C} }(b_{1})&\cdots \sigma _{r_{2}}^{\mathbb {C} }(b_{1})&{\bar {\sigma }}_{1}(b_{1})&\cdots &{\bar {\sigma }}_{r_{2}}(b_{1})\\\vdots &&\vdots &&\vdots &&\vdots \\\sigma _{1}^{\mathbb {R} }(b_{r})&\cdots \sigma _{r_{1}}^{\mathbb {R} }(b_{r})&\sigma _{1}^{\mathbb {C} }(b_{r})&\cdots \sigma _{r_{2}}^{\mathbb {C} }(b_{r})&{\bar {\sigma }}_{1}(b_{r})&\cdots &{\bar {\sigma }}_{r_{2}}(b_{r})\\\end{pmatrix}}}

이 행렬의행렬식의 제곱은 정수 기저나 자리들의 순서에 의존하지 않으며, 이를K{\displaystyle K}판별식ΔK{\displaystyle \Delta _{K}}라고 한다.

ΔK=(detM)2{\displaystyle \Delta _{K}=(\det M)^{2}}

수체의 판별식ΔK{\displaystyle \Delta _{K}}는 다음과 같은 성질을 가진다.

대수적 정수환의 곱셈 구조

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디리클레 가역원 정리

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K{\displaystyle K}에 속한1의 거듭제곱근들로 구성된 근은 대수적 정수환의꼬임 부분군이며,Tors(OK×){\displaystyle \operatorname {Tors} ({\mathcal {O}}_{K}^{\times })}라고 하자. 이는 항상 유한순환군이다. 즉,K{\displaystyle K}에 속한1의 거듭제곱근들의 수가wK{\displaystyle w_{K}}라고 하면

Tors(OK×)=Cyc(wK){\displaystyle \operatorname {Tors} ({\mathcal {O}}_{K}^{\times })=\operatorname {Cyc} (w_{K})}이다.

디리클레 가역원 정리(Dirichlet可逆元定理,영어:Dirichlet unit theorem)에 따르면,K{\displaystyle K}의 대수적 정수환OK{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}가역원군OK×{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}^{\times }}유한 생성 아벨 군이며, 다음과 같은 꼴이다.

OK×Cyc(wk)Z(r1+r21){\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}^{\times }\cong \operatorname {Cyc} (w_{k})\oplus \mathbb {Z} ^{\oplus (r_{1}+r_{2}-1)}}

즉, 가역원군의꼬임 부분군에 대한몫군은 유한 생성자유 아벨 군이며, 그계수r1+r21{\displaystyle r_{1}+r_{2}-1}이다. 예를 들어, 다음과 같다.

수체가역원군실수 자리 수r1{\displaystyle r_{1}}복소수 자리 수r2{\displaystyle r_{2}}가역원군의 크기차수
Q{\displaystyle \mathbb {Q} }{±1}{\displaystyle \{\pm 1\}}1001
Q(d){\displaystyle \mathbb {Q} ({\sqrt {d}})} (d{\displaystyle d}는 양의 무제곱 정수)2012
Q(d){\displaystyle \mathbb {Q} ({\sqrt {-d}})} (d{\displaystyle d}는 양의 무제곱 정수)0102
Q(i){\displaystyle \mathbb {Q} (i)} (가우스 정수){±1,±i}{\displaystyle \{\pm 1,\pm i\}}0102
Q(ω)/(ω2+ω+1){\displaystyle \mathbb {Q} (\omega )/(\omega ^{2}+\omega +1)} (아이젠슈타인 정수){±1,±ω,±ω2}{\displaystyle \{\pm 1,\pm \omega ,\pm \omega ^{2}\}}0102

가역원 기준

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수체의가역원 기준(可逆元基準,영어:regulator레귤레이터[*])은 수체의 가역원이 얼마나 빽빽히 존재하는지를 측정하는 불변량이다. 즉, 가역원 기준이 작을수록 수체는 더 많은 가역원들을 가진다. 가역원 기준은유수 공식에 등장한다. 구체적인 정의는 다음과 같다.

대수적 정수환OK{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}가역원군OK×{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}^{\times }}이 주어졌다고 하자.K{\displaystyle K}에 속하는1의 거듭제곱근들의순환군Cyc(m)={1,ζm,ζm2,}{\displaystyle \operatorname {Cyc} (m)=\{1,\zeta _{m},\zeta _{m}^{2},\dots \}}에 대한몫군

OK×/Cyc(r){\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}^{\times }/\operatorname {Cyc} (r)}

을 생각하자. 이 군의 생성원

OK×/Cyc(r)=u1,,ur{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}^{\times }/\operatorname {Cyc} (r)=\langle u_{1},\dots ,u_{r}\rangle }

을 고르자. 디리클레 가역원 정리에 따라서,r=r1(K)+r2(K)1{\displaystyle r=r_{1}(K)+r_{2}(K)-1}이다 (r1(K){\displaystyle r_{1}(K)}은 실수 자리의 수,r2(K){\displaystyle r_{2}(K)}는 복소수 자리의 수).

K{\displaystyle K}의 실수 자리 및 복소수 자리들이 다음과 같다고 하자.

σ1R,,σr1R:KR{\displaystyle \sigma _{1}^{\mathbb {R} },\dots ,\sigma _{r_{1}}^{\mathbb {R} }\colon K\hookrightarrow \mathbb {R} }
σ1C,,σr2C:KC{\displaystyle \sigma _{1}^{\mathbb {C} },\dots ,\sigma _{r_{2}}^{\mathbb {C} }\colon K\hookrightarrow \mathbb {C} }

그렇다면 다음과 같은r×(r+1){\displaystyle r\times (r+1)}행렬을 생각하자.

M=(ln|σ1R(u1)|ln|σr1R(u1)|2ln|σ1C(u1)|2ln|σr2C(u1)|ln|σ1R(ur)|ln|σr1R(ur)|2ln|σ1C(ur)|2ln|σr2C(ur)|){\displaystyle M={\begin{pmatrix}\ln |\sigma _{1}^{\mathbb {R} }(u_{1})|&\cdots &\ln |\sigma _{r_{1}}^{\mathbb {R} }(u_{1})|&2\ln |\sigma _{1}^{\mathbb {C} }(u_{1})|&\cdots &2\ln |\sigma _{r_{2}}^{\mathbb {C} }(u_{1})|\\\vdots &&\vdots &\vdots &&\vdots \\\ln |\sigma _{1}^{\mathbb {R} }(u_{r})|&\cdots &\ln |\sigma _{r_{1}}^{\mathbb {R} }(u_{r})|&2\ln |\sigma _{1}^{\mathbb {C} }(u_{r})|&\cdots &2\ln |\sigma _{r_{2}}^{\mathbb {C} }(u_{r})|\\\end{pmatrix}}}

M{\displaystyle M}의 임의의 행의 원소들의 합은 (가역원의체 노름절댓값은 항상 1이므로) 0이다.

jMi,j=ln|f1(ui)fr1(ui)g1(ui)2gr2(ui)2|=ln|NK/Q(ui)|=0i=1,,r{\displaystyle \sum _{j}M_{i,j}=\ln \left|f_{1}(u_{i})\cdots f_{r_{1}}(u_{i})g_{1}(u_{i})^{2}\cdots g_{r_{2}}(u_{i})^{2}\right|=\ln |\operatorname {N} _{K/\mathbb {Q} }(u_{i})|=0\quad \forall i=1,\dots ,r}

M{\displaystyle M}에서 임의의 한 열M,j{\displaystyle M_{-,j}}을 제거한r×r{\displaystyle r\times r} 정사각 행렬을M,j^{\displaystyle M_{-,{\hat {j}}}}라고 하자. 각 행의 합이 0이므로,행렬식detM,j^{\displaystyle \det M_{-,{\hat {j}}}}j{\displaystyle j}에 의존하지 않으며, 또한 이는 생성원ui{\displaystyle u_{i}}의 선택에 의존하지 않음을 보일 수 있다. 이를K{\displaystyle K}가역원 기준RegK{\displaystyle \operatorname {Reg} _{K}}라고 한다.

RegK=detM,j^j=1,,r+1{\displaystyle \operatorname {Reg} _{K}=\det M_{-,{\hat {j}}}\quad \forall j=1,\dots ,r+1}

유일 인수 분해의 실패

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 이 부분의 본문은유수 공식입니다.

대수적 수체의 정수환은유일 인수 분해 정역이 아닐 수 있다. 대수적 수체는데데킨트 정역이므로, 유일 인수 분해 정역인 수체는 항상주 아이디얼 정역이다.

유일 인수 분해가 실패하는 수체의 경우,아이디얼 유군HK{\displaystyle H_{K}} 및 그 크기인 유수(類數)hK=|HK|{\displaystyle h_{K}=|H_{K}|}를 정의할 수 있다. 대수적 수체의 아이디얼 유군은 항상유한군이며, 유수는데데킨트 제타 함수유수(留數)로부터유수 공식을 통해 계산할 수 있다.

분기화

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 이 부분의 본문은분기화입니다.

대수기하학적으로, 포함 관계ZOK{\displaystyle \mathbb {Z} \hookrightarrow {\mathcal {O}}_{K}}는 반대로스킴 사상SpecOKSpecZ{\displaystyle \operatorname {Spec} {\mathcal {O}}_{K}\twoheadrightarrow \operatorname {Spec} \mathbb {Z} }을 정의한다. 즉, 대수적 수체의 대수적 정수환은 정수환의 스펙트럼의 (분기)피복 공간으로 볼 수 있다. 이 경우,분기화(영어:ramification)가 나타날 수 있다. 즉, 유리정수환에서의소수로 생성되는주 아이디얼이 대수적 정수환에서는소 아이디얼이 아니어 인수 분해가 존재할 수 있다.

수체K/Q{\displaystyle K/\mathbb {Q} } 및 소수pZ+{\displaystyle p\in \mathbb {Z} ^{+}}가 주어졌을 때,p{\displaystyle p}로 생성되는주 아이디얼OK{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}에서 다음과 같이소 아이디얼들의 곱으로 인수 분해된다.

(p)=p1e1p2e2pkek{\displaystyle (p)={\mathfrak {p}}_{1}^{e_{1}}{\mathfrak {p}}_{2}^{e_{2}}\dotsb {\mathfrak {p}}_{k}^{e_{k}}}

여기서ei{\displaystyle e_{i}}K{\displaystyle K}pi{\displaystyle {\mathfrak {p}}_{i}}에서의분기 지표(영어:ramification index)라고 한다.

이 경우,p{\displaystyle p}는 다음과 같이 세 가지로 분류된다.

수체K/Q{\displaystyle K/\mathbb {Q} }에서, 다음 세 조건이 서로동치이다.

판별식의 소인수의 수는 유한하므로, 따라서 오직 유한 개의 소수만이 분기화된다.

대수기하학적으로, 포함 관계ZOK{\displaystyle \mathbb {Z} \hookrightarrow {\mathcal {O}}_{K}}는 반대로스킴 사상SpecOKSpecZ{\displaystyle \operatorname {Spec} {\mathcal {O}}_{K}\twoheadrightarrow \operatorname {Spec} \mathbb {Z} }을 정의한다. 즉, 대수적 수체의 대수적 정수환은 정수환의 스펙트럼의 (분기)피복 공간으로 볼 수 있다. 이 경우,분기화(영어:ramification)가 나타날 수 있다. 즉, 유리정수환에서의소수로 생성되는주 아이디얼이 대수적 정수환에서는소 아이디얼이 아니어 인수 분해가 존재할 수 있다.

수체의 기타 불변량

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위에 정의된불변량 (차수, 실수 및 복소수 자리의 수, 판별식, 가역원 기준,아이디얼 유군 등) 밖에도, 수체K{\displaystyle K}에 대응되는 주요 불변량들은 다음이 있다.

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다음과 같은 예들이 있다.

유리수체

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 이 부분의 본문은유리수입니다.

유리수체Q{\displaystyle \mathbb {Q} }는 자명한 대수적 수체이다. 이는 차수가 1인 유일한 수체이다.

오스트롭스키 정리(영어:Ostrowski’s theorem)에 따르면, 유리수체Q{\displaystyle \mathbb {Q} }는 다음과 같은 자리들을 가진다.

특히,Q{\displaystyle \mathbb {Q} }는 실수 자리 1개와 복소수 자리 0개를 갖는다.

r1(Q)=1{\displaystyle r_{1}(\mathbb {Q} )=1}
r2(Q)=0{\displaystyle r_{2}(\mathbb {Q} )=0}

유리수체의 대수적 정수환은정수환Z{\displaystyle \mathbb {Z} }이며, 이는주 아이디얼 정역이다. 다시 말해, 유리수체의 대수적 정수환에서는유일 인수 분해가 성립하며, 그아이디얼 유군자명군이며, 그 유수는 1이다.

유리수체에서체 대각합체 노름항등 함수이다.

TQ/Q(x)=NQ/Q(x)=x{\displaystyle \operatorname {T} _{\mathbb {Q} /\mathbb {Q} }(x)=\operatorname {N} _{\mathbb {Q} /\mathbb {Q} }(x)=x}

유리수체의 대수적 정수환Z{\displaystyle \mathbb {Z} }의 정수 기저는{1}{\displaystyle \{1\}}을 고를 수 있다. 이는 자명하게 거듭제곱 정수 기저를 이루며, 따라서 유리수체는 자명하게 단일생성체를 이룬다. 유리수체의 판별식은 다음과 같이 자명하게 1이며, 민코프스키 하한에 따라서 판별식이 1인 유일한 수체이다.

ΔQ=(det(1))2=1{\displaystyle \Delta _{\mathbb {Q} }=\left(\det {\begin{pmatrix}1\end{pmatrix}}\right)^{2}=1}

유리수체의 대수적 정수환의가역원군{±1}{\displaystyle \{\pm 1\}}이며, 이는1의 거듭제곱근으로만 구성된다. 즉, 디리클레 가역원 정리가 자명하게 성립한다. 유리수체의 가역원 기준은 (0×0 행렬의행렬식이므로) 1이다.

RegQ=1{\displaystyle \operatorname {Reg} _{\mathbb {Q} }=1}

유리수체의데데킨트 제타 함수리만 제타 함수ζ(s){\displaystyle \zeta (s)}이다. 리만 제타 함수의s=1{\displaystyle s=1}에서의유수는 1이며, 이 경우유수 공식은 다음과 같이 성립한다.

1=2r1(Q)(2π)r2(Q)hQRegQ|Tors(OQ×)||ΔQ|=21(2π)0112|1|=1{\displaystyle 1={\frac {2^{r_{1}(\mathbb {Q} )}(2\pi )^{r_{2}(\mathbb {Q} )}h_{\mathbb {Q} }\operatorname {Reg} _{\mathbb {Q} }}{|\operatorname {Tors} ({\mathcal {O}}_{\mathbb {Q} }^{\times })|{\sqrt {|\Delta _{\mathbb {Q} }|}}}}={\frac {2^{1}\cdot (2\pi )^{0}\cdot 1\cdot 1}{2\cdot {\sqrt {|1|}}}}=1}

이차 수체

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 이 부분의 본문은이차 수체입니다.

제곱 인수가 없는 정수d{\displaystyle d}에 대하여,이차 수체

Q(d)=Q+dQ=Q[x]/(x2d){\displaystyle \mathbb {Q} ({\sqrt {d}})=\mathbb {Q} +{\sqrt {d}}\mathbb {Q} =\mathbb {Q} [x]/(x^{2}-d)}

를 정의할 수 있다. 이는 유리수체의 2차 확대이다. 이 경우,d{\displaystyle d}가 양수일 경우실수 이차 수체, 음수일 경우허수 이차 수체라고 한다. 특수한 예로,가우스 유리수Q(i)=Q+iQ=Q[x]/(x21){\displaystyle \mathbb {Q} (i)=\mathbb {Q} +i\mathbb {Q} =\mathbb {Q} [x]/(x^{2}-1)}가 있다. 다른 예로,Q(5){\displaystyle \mathbb {Q} ({\sqrt {-5}})}는 그 대수적 정수환이유일 인수 분해 정역이 아닌 이차 수체이다. 예를 들어,6=23=(1+5)(15){\displaystyle 6=2\cdot 3=(1+{\sqrt {-}}5)(1-{\sqrt {-}}5)}이다.

기저를{1,d}{\displaystyle \{1,{\sqrt {d}}\}}로 잡으면, 각 원소

a+bdQ(d){\displaystyle a+b{\sqrt {d}}\in \mathbb {Q} ({\sqrt {d}})}

는 다음과 같은 2×2정사각 행렬로 적을 수 있다.

a+bd(adbba){\displaystyle a+b{\sqrt {d}}\mapsto {\begin{pmatrix}a&db\\b&a\end{pmatrix}}}

이 경우 대각합과 노름은 다음과 같다.

T(a+bd)=2a{\displaystyle T(a+b{\sqrt {d}})=2a}
N(a+bd)=a2db2{\displaystyle N(a+b{\sqrt {d}})=a^{2}-db^{2}}

이차 수체의 판별식은 다음과 같다. 제곱 없는 정수d{\displaystyle d}에 대하여,

ΔQ(d)={dd1(mod4)4dd2,3(mod4){\displaystyle \Delta _{\mathbb {Q} ({\sqrt {d}})}={\begin{cases}d&d\equiv 1{\pmod {4}}\\4d&d\equiv 2,3{\pmod {4}}\end{cases}}}

이다. 이차 수체의 판별식과 같은 정수를기본 판별식(영어:fundamental discriminant)이라고 한다. 양의 기본 판별식들은 다음과 같다.

1, 5, 8, 12, 13, 17, 21, 24, …(OEIS의 수열A003658)

음의 기본 판별식들은 다음과 같다.

−3, −4, −7, −8, −11, −15, −19, −20, …(OEIS의 수열A003657)

원분체

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 이 부분의 본문은원분체입니다.

원분체는 유리수체에1의 거듭제곱근ζn{\displaystyle \zeta _{n}}을 추가하여 정의한다.

Q(ζn)=Q[x]/(xn1){\displaystyle \mathbb {Q} (\zeta _{n})=\mathbb {Q} [x]/(x^{n}-1)}

특수한 예로,아이젠슈타인 유리수Q(ζ3)=Q+Q(ζ3){\displaystyle \mathbb {Q} (\zeta _{3})=\mathbb {Q} +\mathbb {Q} (\zeta _{3})}가 있다.

n>2{\displaystyle n>2}일 때,원분체Q(ζn){\displaystyle \mathbb {Q} (\zeta _{n})}의 판별식은 다음과 같다.

ΔQ(ζn)=(1)φ(n)/2nφ(n)p|npφ(n)/(p1){\displaystyle \Delta _{\mathbb {Q} (\zeta _{n})}=(-1)^{\varphi (n)/2}n^{\varphi (n)}\prod _{p|n}p^{-\varphi (n)/(p-1)}}

여기서

대수적 수체가 아닌 확대

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다음과 같은체의 확대들은 대수적 수체가 아니다.

같이 보기

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참고 문헌

[편집]
  1. Neukirch, Jürgen (1999).Algebraic number theory (영어). Norbert Schappacher 역. Grundlehren der mathematischen Wissenschaften322. Springer.doi:10.1007/978-3-662-03983-0.ISBN 978-3-540-65399-8.ISSN 0072-7830.MR 1697859.Zbl 0956.11021. 
  2. Cassels, J.W.S. (1986).Local fields (영어). London Mathematical Society Student Texts3. Cambridge University Press.ISBN 0-521-31525-5.Zbl 0595.12006. 

외부 링크

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