อ่าน 5 นาที
จำนวนเต็มพีชคณิต
ในทฤษฎีจำนวนเชิงพีชคณิตจำนวนเต็มเชิงพีชคณิตคือจำนวนเชิงซ้อนที่เป็นจำนวนเต็มเหนือจำนวนเต็มกล่าวคือ จำนวนเต็มเชิงพีชคณิตเป็นราก เชิงซ้อน ของพหุนามเอกลักษณ์ บางตัว (...
จำนวนเต็มพีชคณิต
ในทฤษฎีจำนวนเชิงพีชคณิตจำนวนเต็มเชิงพีชคณิตคือจำนวนเชิงซ้อนที่เป็นจำนวนเต็มเหนือจำนวนเต็มกล่าวคือ จำนวนเต็มเชิงพีชคณิตเป็นราก เชิงซ้อน ของพหุนามเอกลักษณ์ บางตัว ( พหุนามที่มีสัมประสิทธิ์นำหน้าเป็น 1) ซึ่งสัมประสิทธิ์เป็นจำนวนเต็ม เซตของจำนวนเต็มเชิงพีชคณิตทั้งหมดAปิดภายใต้การบวก การลบ และการคูณ ดังนั้นจึงเป็นวงแหวนย่อยสลับที่ ของจำนวนเชิงซ้อน
วงแหวนของจำนวนเต็มของฟิลด์จำนวนKซึ่งเขียนแทนด้วยO KคือจุดตัดของKและA : นอกจากนี้ยังสามารถระบุได้ว่าเป็นอันดับ สูงสุด ของฟิลด์Kจำนวนเต็มพีชคณิตแต่ละจำนวนเป็นสมาชิกของวงแหวนของจำนวนเต็มของฟิลด์จำนวนบางฟิลด์ จำนวนαเป็นจำนวนเต็มพีชคณิตก็ต่อเมื่อวงแหวนนั้นถูกสร้าง ขึ้นอย่างจำกัดในฐานะกลุ่มอาเบเลียนซึ่งก็คือในฐานะโมดูลa
คำจำกัดความ
ต่อไปนี้เป็นนิยามที่เทียบเท่ากันของจำนวนเต็มพีชคณิต ให้Kเป็นฟิลด์จำนวน (กล่าวคือส่วนขยายจำกัดของฟิลด์จำนวนตรรกยะ ) หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือสำหรับจำนวนพีชคณิต บางจำนวน โดยทฤษฎีบท องค์ประกอบดั้งเดิม
- α ∈ Kเป็นจำนวนเต็มพีชคณิต ถ้ามีพหุนามเอกลักษณ์อยู่ตัวหนึ่งซึ่ง f ( α ) = 0
- α ∈ Kเป็นจำนวนเต็มพีชคณิต ถ้า พหุนามเอกลักษณ์ ขั้นต่ำของ αบนอยู่ใน
- α ∈ Kเป็นจำนวนเต็มพีชคณิต ถ้าเป็นโมดูล
- α ∈ Kเป็นจำนวนเต็มพีชคณิต ถ้ามีซับโมดูลที่อยู่ซึ่ง αM ⊆ M
จำนวนเต็มเชิงพีชคณิตเป็นกรณีพิเศษขององค์ประกอบจำนวนเต็มของส่วนขยายวงแหวน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง จำนวนเต็มเชิงพีชคณิตเป็นองค์ประกอบจำนวนเต็มของส่วนขยายจำกัด
โปรดทราบว่า ถ้าP ( x )เป็นพหุนามดั้งเดิมที่มีสัมประสิทธิ์เป็นจำนวนเต็มแต่ไม่ใช่พหุนามเอกลักษณ์ และPไม่สามารถแยกตัวประกอบได้เหนือx แล้ว รากของPจะไม่ใช่จำนวนเต็มพีชคณิต (แต่เป็นจำนวนพีชคณิต ) ในที่นี้ คำว่า "ดั้งเดิม"ใช้ในความหมายว่าตัวหารร่วมมากที่สุดของสัมประสิทธิ์ของPคือ 1 ซึ่งอ่อนกว่าการกำหนดให้สัมประสิทธิ์เป็นจำนวนเฉพาะสัมพัทธ์กันเป็นคู่ๆ
ตัวอย่าง
- จำนวนเต็มพีชคณิตเพียงจำนวนเดียวที่พบในเซตของจำนวนตรรกยะคือจำนวนเต็ม กล่าวอีกนัยหนึ่ง จุดตัดของและAคือจำนวนตรรกยะเอ/ขbไม่ใช่จำนวนเต็มพีชคณิต เว้นแต่ว่า b จะหารa ลงตัว สัมประสิทธิ์นำหน้าของพหุนาม bx − aคือจำนวนเต็ม b
- รากที่สอง ของจำนวนเต็มที่ไม่เป็นลบnเป็นจำนวนเต็มพีชคณิต แต่จะเป็นจำนวนอตรรกยะเว้นแต่ว่าnจะเป็น กำลัง สองสมบูรณ์
- ถ้าdเป็นจำนวนเต็มที่ไม่มีตัวประกอบกำลังสอง ส่วนขยายจะ เป็นฟิลด์กำลังสองของจำนวนตรรกยะ วงแหวนของจำนวนเต็มพีชคณิตO Kประกอบด้วยเนื่องจากเป็นรากของพหุนามเอกลักษณ์x² − dยิ่งไปกว่านั้น ถ้าd ≡ 1 mod 4แล้วสมาชิกก็เป็นจำนวนเต็มพีชคณิตเช่นกัน มันสอดคล้องกับพหุนามx² − x + 1/4( 1 − d )โดยที่พจน์คงที่1/4( 1 − d )เป็นจำนวนเต็ม วงแหวนเต็มของจำนวนเต็มถูกสร้างขึ้นโดยหรือตามลำดับ ดูจำนวนเต็มกำลังสองสำหรับข้อมูลเพิ่มเติม
- วงแหวนของจำนวนเต็มของฟิลด์α = 3 √ m (โดยที่mเป็นจำนวนเต็มที่ไม่มีตัวประกอบกำลังสาม ) มีฐานจำนวนเต็มดัง ต่อไปนี้ เขียนm = hk 2สำหรับจำนวนเต็มที่ ไม่มี ตัวประกอบกำลัง สอง hและk : [ 1 ]
- ถ้าζ nเป็น ราก ที่n ดั้งเดิมของเอกภาพแล้ววงแหวนของจำนวนเต็มของฟิลด์ไซโคล โทมิก ก็คือ
- ถ้าαเป็นจำนวนเต็มพีชคณิตแล้วβ = n √ αก็เป็นจำนวนเต็มพีชคณิตอีกตัวหนึ่งเช่นกัน พหุพจน์สำหรับβได้มาจากการแทนx n ลง ในพหุพจน์สำหรับα
การสร้างส่วนขยายวงแหวนแบบจำกัด
สำหรับα ใดๆ การขยายวงแหวน (ในความหมายที่เทียบเท่ากับการขยายฟิลด์ ) ของจำนวนเต็มโดยαซึ่งเขียนแทนด้วยจะถูกสร้างขึ้นอย่างจำกัดก็ต่อเมื่อαเป็นจำนวนเต็มพีชคณิต
การพิสูจน์นั้นคล้ายคลึงกับการพิสูจน์ข้อเท็จจริงที่เกี่ยวข้องกับจำนวนพีชคณิตโดยแทนที่ "ที่นั่น" ด้วย " ที่นี่" และแทนที่แนวคิดของระดับการขยายฟิลด์ด้วยการสร้างแบบจำกัด (โดยใช้ข้อเท็จจริงที่ว่าฟิลด์นั้นถูกสร้างขึ้นแบบจำกัด) การเปลี่ยนแปลงที่จำเป็นเพียงอย่างเดียวคือ มีเพียงกำลังที่ไม่เป็นลบของα เท่านั้น ที่เกี่ยวข้องในการพิสูจน์
การเปรียบเทียบนี้เป็นไปได้เพราะทั้งจำนวนเต็มพีชคณิตและจำนวนพีชคณิตต่างก็ถูกนิยามว่าเป็นรากของพหุนามเอกลักษณ์เหนือหรือตามลำดับ
แหวน
ผลรวม ผลต่าง และผลคูณของจำนวนเต็มพีชคณิตสองจำนวน ล้วนเป็นจำนวนเต็มพีชคณิต แต่โดยทั่วไปแล้ว ผลหารของจำนวนทั้งสองจะไม่ใช่จำนวนเต็มพีชคณิต ดังนั้น จำนวนเต็มพีชคณิตจึงประกอบกันเป็นริง
สามารถแสดงสิ่งนี้ได้ในลักษณะเดียวกันกับการพิสูจน์ที่เกี่ยวข้องสำหรับจำนวนพีชคณิตโดยใช้จำนวนเต็มแทนจำนวนตรรกยะ
นอกจาก นี้เรายังสามารถสร้างพหุนามเอกลักษณ์ที่เกี่ยวข้องได้อย่างชัดเจน ซึ่งโดยทั่วไปจะมีดีกรี สูง กว่าดีกรีของจำนวนเต็มพีชคณิตดั้งเดิม โดยการหาผลลัพธ์และแยกตัวประกอบ ตัวอย่างเช่น ถ้าx² − x − 1 = 0 , y³ − y − 1 = 0และz = xyแล้ว การกำจัดxและyจากz − xy = 0และพหุนามที่ x และ y สอดคล้องโดยใช้ผลลัพธ์จะได้ z⁶ − 3z⁴ − 4z³ + z² + z − 1 = 0 ซึ่งเป็นพหุนามที่ไม่สามารถแยก ตัวประกอบ ได้ และ เป็นสมการเอกลักษณ์ที่ผลคูณสอดคล้อง (เพื่อให้เห็นว่าxyเป็นรากของ ผลลัพธ์ xของz − xyและx² − x − 1เราอาจใช้ข้อเท็จจริงที่ว่าผลลัพธ์นั้นบรรจุอยู่ในไอเดียลที่สร้างขึ้นจากพหุนามอินพุตสองตัว)
การปิดแบบสมบูรณ์
รากทุกรากของพหุนามเอกลักษณ์ที่มีสัมประสิทธิ์เป็นจำนวนเต็มพีชคณิตนั้น ตัวมันเองก็เป็นจำนวนเต็มพีชคณิตเช่นกัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง จำนวนเต็มพีชคณิตเหล่านี้ก่อให้เกิดวงแหวนที่ปิดสนิทในส่วนขยายใดๆ ของมัน
กล่าวอีกนัยหนึ่ง การพิสูจน์นี้คล้ายคลึงกับการพิสูจน์ที่ว่าจำนวนพีชคณิตเป็น จำนวน ปิดเชิงพีชคณิต
ข้อมูลเพิ่มเติม
- จำนวนใดๆ ที่สร้างขึ้นได้จากจำนวนเต็มที่มีราก การบวก และการคูณ ถือเป็นจำนวนเต็มพีชคณิต แต่ไม่ใช่ว่าจำนวนเต็มพีชคณิตทั้งหมดจะสร้างขึ้นได้เช่นนั้น ในความหมายอย่างง่ายๆ รากส่วนใหญ่ของพหุคูณ กำลังห้าที่ไม่สามารถแยกตัวประกอบได้นั้นสร้างขึ้น ไม่ได้ นี่คือทฤษฎีบทของอาเบล-รัฟฟินี
- วงแหวนของจำนวนเต็มพีชคณิตเป็นโดเมนเบซูต์ซึ่งเป็นผลมาจากทฤษฎีบทอุดมคติหลัก
- ถ้าพหุนามเอกลักษณ์ที่เกี่ยวข้องกับจำนวนเต็มพีชคณิตมีพจน์คงที่เท่ากับ 1 หรือ −1 แล้วส่วนกลับของจำนวนเต็มพีชคณิตนั้นก็จะเป็นจำนวนเต็มพีชคณิตเช่นกัน และแต่ละตัวจะเป็นหน่วยซึ่งเป็นสมาชิกของกลุ่มหน่วยในวงแหวนของจำนวนเต็มพีชคณิต
- ถ้าxเป็นจำนวนพีชคณิตแล้วa n xจะเป็นจำนวนเต็มพีชคณิต โดยที่xสอดคล้องกับพหุนามp ( x )ที่มีสัมประสิทธิ์เป็นจำนวนเต็ม และa n x nเป็นพจน์ที่มีดีกรีสูงสุดของp ( x )ค่าy = a n xเป็นจำนวนเต็มพีชคณิตเพราะเป็นรากของq ( y ) = an − 1 np ( y / a n )โดยที่ q ( y )คือพหุนามเอกลักษณ์ที่มีสัมประสิทธิ์เป็นจำนวนเต็ม
- ถ้าxเป็นจำนวนพีชคณิต ก็สามารถเขียนได้ในรูปอัตราส่วนของจำนวนเต็มพีชคณิตกับจำนวนเต็มพีชคณิตที่ไม่เป็นศูนย์ ที่จริงแล้ว ตัวส่วนสามารถเลือกให้เป็นจำนวนเต็มบวกได้เสมอ อัตราส่วนคือ| a n | x / | a n |โดยที่xสอดคล้องกับพหุนามp ( x )ที่มีสัมประสิทธิ์เป็นจำนวนเต็ม และa n x n คือพจน์ ที่มีดีกรีสูงสุดของp ( x )
- จำนวนเต็มพีชคณิตตรรกยะเพียงอย่างเดียวคือจำนวนเต็ม นั่นคือ ถ้าxเป็นจำนวนเต็มพีชคณิตแล้วนี่เป็นผลโดยตรงจากทฤษฎีบทรากตรรกยะสำหรับกรณีของพหุนามเอกลักษณ์
ดูเพิ่มเติม
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ จำนวนเต็มพีชคณิต
ในทฤษฎีจำนวนเชิงพีชคณิตจำนวนเต็มเชิงพีชคณิตคือจำนวนเชิงซ้อนที่เป็นจำนวนเต็มเหนือจำนวนเต็มกล่าวคือ จำนวนเต็มเชิงพีชคณิตเป็นราก เชิงซ้อน ของพหุนามเอกลักษณ์ บางตัว (...
คำจำกัดความ
ต่อไปนี้เป็นนิยามที่เทียบเท่ากันของจำนวนเต็มพีชคณิต ให้ K เป็น ฟิลด์จำนวน (กล่าวคือ ส่วนขยายจำกัด ของฟิลด์ จำนวนตรรกยะ ) หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือสำหรับ จำนวนพีชคณิต บางจำนวน โดยทฤษฎีบท องค์ประกอบดั้งเดิม คิว {\displaystyle \mathbb {Q} } เค = คิว ( θ )...
ตัวอย่าง
จำนวนเต็มพีชคณิตเพียงจำนวนเดียวที่พบในเซตของจำนวนตรรกยะคือจำนวนเต็ม กล่าวอีกนัยหนึ่ง จุดตัดของและ A คือจำนวนตรรกยะ คิว {\displaystyle \mathbb {Q} } ซ {\displaystyle \mathbb {Z} } เอ / ข b ไม่ใช่จำนวนเต็มพีชคณิต เว้นแต่ว่า b จะหาร a ลงตัว...
การสร้างส่วนขยายวงแหวนแบบจำกัด
สำหรับ α ใดๆ การ ขยายวงแหวน (ในความหมายที่เทียบเท่ากับ การขยายฟิลด์ ) ของจำนวนเต็มโดย α ซึ่งเขียนแทนด้วยจะ ถูกสร้างขึ้นอย่างจำกัด ก็ต่อเมื่อ α เป็นจำนวนเต็มพีชคณิต ซ [ α ] ≡ { ∑ ฉัน = 0 n α ฉัน z ฉัน | z ฉัน ∈ ซ , n ∈ ซ } {\displaystyle \mathbb {Z} [\alpha...