กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 6 นาที

จำนวนเต็มพีชคณิต

เปลี่ยนทางจากพหูพจน์/การเปลี่ยนเส้นทางที่ไม่สามารถพิมพ์ได้

ในทฤษฎีจำนวนเชิงพีชคณิตจำนวนเต็มเชิงพีชคณิตคือจำนวนเชิงซ้อนที่เป็นจำนวนเต็มเหนือจำนวนเต็มกล่าวคือ จำนวนเต็มเชิงพีชคณิตเป็นราก เชิงซ้อน ของพหุนามเอกลักษณ์ บางตัว (...

จำนวนเต็มพีชคณิต

ในทฤษฎีจำนวนเชิงพีชคณิตจำนวนเต็มเชิงพีชคณิตคือจำนวนเชิงซ้อนที่เป็นจำนวนเต็มเหนือจำนวนเต็มกล่าวคือ จำนวนเต็มเชิงพีชคณิตเป็นราก เชิงซ้อน ของพหุนามเอกลักษณ์ บางตัว ( พหุนามที่มีสัมประสิทธิ์นำหน้าเป็น 1) ซึ่งสัมประสิทธิ์เป็นจำนวนเต็ม เซตของจำนวนเต็มเชิงพีชคณิตทั้งหมดAปิดภายใต้การบวก การลบ และการคูณ ดังนั้นจึงเป็นวงแหวนย่อยสลับที่ ของจำนวนเชิงซ้อน

วงแหวนของจำนวนเต็มของฟิลด์จำนวนKซึ่งเขียนแทนด้วยO คือจุดตัดของKและA : นอกจากนี้ยังสามารถระบุได้ว่าเป็นอันดับ สูงสุด ของฟิลด์Kจำนวนเต็มพีชคณิตแต่ละจำนวนเป็นสมาชิกของวงแหวนของจำนวนเต็มของฟิลด์จำนวนบางฟิลด์ จำนวนαเป็นจำนวนเต็มพีชคณิตก็ต่อเมื่อวงแหวน α ∈ A[α]{\displaystyle \mathbb {Z} [\alpha ]}เป็นกลุ่มอาเบเลียนที่สร้างขึ้นอย่างจำกัดกล่าวคือ เป็น กลุ่มอาเบเลียน{\displaystyle \mathbb {Z} }- โมดูล

คำจำกัดความ

ต่อไปนี้เป็นนิยามที่เทียบเท่ากันของจำนวนเต็มพีชคณิต ให้Kเป็นฟิลด์จำนวน (กล่าวคือส่วนขยายจำกัดของคิว{\displaystyle \mathbb {Q} }กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ(ขอบเขตของจำนวนตรรกยะ )เค=คิว(θ){\displaystyle K=\mathbb {Q} (\theta )}สำหรับจำนวนพีชคณิต บางจำนวนθซี{\displaystyle \theta \in \mathbb {C} }โดยทฤษฎีบทองค์ประกอบดั้งเดิม

  • αKเป็นจำนวนเต็มพีชคณิต ถ้ามีพหุนามเอกลักษณ์อยู่เอฟ(x)[x]{\displaystyle f(x)\in \mathbb {Z} [x]}โดยที่f ( α ) = 0
  • αKเป็นจำนวนเต็มพีชคณิต ถ้า พหุนามเอกลักษณ์ ขั้นต่ำของ αเหนือคิว{\displaystyle \mathbb {Q} }อยู่ใน[x]{\displaystyle \mathbb {Z} [x]}.
  • αKเป็นจำนวนเต็มพีชคณิต ถ้า[α]{\displaystyle \mathbb {Z} [\alpha ]}เป็นการสร้างขึ้นอย่างจำกัด{\displaystyle \mathbb {Z} }-โมดูล
  • αKเป็นจำนวนเต็มพีชคณิต ถ้ามีจำนวนเต็มบวกที่ไม่เป็นศูนย์ซึ่งสร้างขึ้นโดยจำนวนจำกัด{\displaystyle \mathbb {Z} }- โมดูลย่อยเอ็มซี{\displaystyle M\subset \mathbb {C} }โดยที่αMM

จำนวนเต็มเชิงพีชคณิตเป็นกรณีพิเศษขององค์ประกอบจำนวนเต็มของการขยายวงแหวน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง จำนวนเต็มเชิงพีชคณิตเป็นองค์ประกอบจำนวนเต็มของการขยายแบบจำกัดเค/คิว{\displaystyle K/\mathbb {Q} }.

โปรดทราบว่า ถ้าP ( x )เป็นพหุนามดั้งเดิมที่มีสัมประสิทธิ์เป็นจำนวนเต็มแต่ไม่ใช่พหุนามเอกลักษณ์ และPไม่สามารถแยกตัวประกอบได้เหนือคิว{\displaystyle \mathbb {Q} }ดังนั้น รากของP จึงไม่มีตัวใด เป็นจำนวนเต็มพีชคณิต (แต่เป็นจำนวนพีชคณิต ) ในที่นี้ คำว่า "ดั้งเดิม"ใช้ในความหมายที่ว่าตัวหารร่วมมากที่สุดของสัมประสิทธิ์ของPคือ 1 ซึ่งอ่อนกว่าการกำหนดให้สัมประสิทธิ์เป็นจำนวนเฉพาะสัมพัทธ์กันเป็นคู่ๆ

ตัวอย่าง

  • จำนวนเต็มพีชคณิตเพียงจำนวนเดียวที่พบในเซตของจำนวนตรรกยะคือจำนวนเต็ม กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ จุดตัดของคิว{\displaystyle \mathbb {Q} }และAคืออย่างแน่นอน{\displaystyle \mathbb {Z} }จำนวนตรรกยะ⁠a / b⁠ไม่ใช่จำนวนเต็มพีชคณิต เว้นแต่ว่าbจะหารa ลงตัว สัมประสิทธิ์นำหน้าของพหุนามbxaคือจำนวนเต็มb
  • รากที่สองn{\displaystyle {\sqrt {n}}}ของจำนวนเต็มที่ไม่เป็นลบnเป็นจำนวนเต็มพีชคณิต แต่จะเป็นจำนวนอตรรกยะเว้นแต่ว่าnจะเป็น กำลัง สองสมบูรณ์
  • ถ้าdเป็นจำนวนเต็มที่ไม่มีตัวประกอบกำลังสองแล้วส่วนขยายเค=คิว(){\displaystyle K=\mathbb {Q} ({\sqrt {d}}\,)}เป็นฟิลด์กำลังสองของจำนวนตรรกยะ วงแหวนของจำนวนเต็มพีชคณิตO ประกอบด้วย{\displaystyle {\sqrt {d}}}เนื่องจาก นี่คือรากของพหุนามเอกลักษณ์dยิ่งไปกว่านั้น ถ้าd ≡ 1 mod 4แล้วองค์ประกอบนั้น12(1+){\textstyle {\frac {1}{2}}(1+{\sqrt {d}}\,)}ก็เป็นจำนวนเต็มพีชคณิตเช่นกัน มันสอดคล้องกับพหุนามx + 1/4 ( 1 − d )โดยที่พจน์คงที่1/4 ( 1 d )เป็นจำนวนเต็ม วงแหวนเต็มของจำนวนเต็มถูกสร้างขึ้นโดย{\displaystyle {\sqrt {d}}}หรือ12(1+){\textstyle {\frac {1}{2}}(1+{\sqrt {d}}\,)}ตามลำดับ ดูรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่ หัวข้อจำนวนเต็มกำลังสอง
  • วงแหวนของจำนวนเต็มของฟิลด์เอฟ=คิว[α]{\displaystyle F=\mathbb {Q} [\alpha ]}α = 3 m (โดยที่mเป็นจำนวนเต็มที่ไม่มีตัวประกอบกำลังสาม)มีฐานอินทิกรัล ดังต่อไปนี้ เขียนm = hk 2สำหรับจำนวนเต็มที่ ไม่มี ตัวประกอบกำลัง สอง hและk : [ 1 ]{1,α,α2±เค2α+เค23เค±1ม็อด91,α,α2เคมิฉะนั้น{\displaystyle {\begin{cases}1,\alpha ,{\dfrac {\alpha ^{2}\pm k^{2}\alpha +k^{2}}{3k}}&m\equiv \pm 1{\bmod {9}}\\1,\alpha ,{\dfrac {\alpha ^{2}}{k}}&{\text{otherwise}}\end{cases}}}
  • ถ้าζ เป็น ราก ที่n ดั้งเดิมของเอกภาพแล้ววงแหวนของจำนวนเต็มของฟิลด์ไซโคลโทมิกคิว(ζn){\displaystyle \mathbb {Q} (\ซีตา _{n})}คืออย่างแม่นยำ[ζn]{\displaystyle \mathbb {Z} [\zeta _{n}]}.
  • ถ้าαเป็นจำนวนเต็มพีชคณิตแล้วβ = nαก็เป็นจำนวนเต็มพีชคณิตอีกตัวหนึ่งเช่นกัน พหุพจน์สำหรับβได้มาจากการแทนx n ลง ในพหุพจน์สำหรับα

การสร้างส่วนขยายวงแหวนแบบจำกัด

สำหรับα ใดๆ การขยายวงแหวน (ในความหมายที่เทียบเท่ากับการขยายฟิลด์ ) ของจำนวนเต็มโดยαจะถูกแทนด้วย[α]{ฉัน=0nαฉันzฉัน|zฉัน,n}{\displaystyle \mathbb {Z} [\alpha ]\equiv \left\{\sum _{i=0}^{n}\alpha ^{i}z_{i}|z_{i}\in \mathbb {Z} ,n\in \mathbb {Z} \right\}}เมทริกซ์ จะถูกสร้างขึ้นโดยจำนวนจำกัดก็ต่อเมื่อαเป็นจำนวนเต็มพีชคณิต เท่านั้น

การพิสูจน์นั้นคล้ายคลึงกับการพิสูจน์ข้อเท็จจริงที่เกี่ยวข้องกับจำนวนพีชคณิตโดยมีคิว{\displaystyle \mathbb {Q} }ถูกแทนที่ด้วย{\displaystyle \mathbb {Z} }ในที่นี้ แนวคิดเรื่องระดับการขยายสนามถูกแทนที่ด้วยการสร้างแบบจำกัด (โดยใช้ข้อเท็จจริงที่ว่า{\displaystyle \mathbb {Z} }(ซึ่งถูกสร้างขึ้นอย่างจำกัดด้วยตัวมันเอง) การเปลี่ยนแปลงที่จำเป็นเพียงอย่างเดียวคือ มีเพียงกำลังที่ไม่เป็นลบของα เท่านั้น ที่เกี่ยวข้องในการพิสูจน์

การเปรียบเทียบนี้เป็นไปได้เพราะทั้งจำนวนเต็มพีชคณิตและจำนวนพีชคณิตต่างก็ถูกนิยามว่าเป็นรากของพหุนามเอกลักษณ์เหนือตัวใดตัวหนึ่ง{\displaystyle \mathbb {Z} }หรือคิว{\displaystyle \mathbb {Q} }ตามลำดับ

แหวน

ผลรวม ผลต่าง และผลคูณของจำนวนเต็มพีชคณิตสองจำนวน ล้วนเป็นจำนวนเต็มพีชคณิต แต่โดยทั่วไปแล้ว ผลหารของจำนวนทั้งสองจะไม่ใช่จำนวนเต็มพีชคณิต ดังนั้น จำนวนเต็มพีชคณิตจึงประกอบกันเป็นริ

สามารถแสดงได้ในลักษณะเดียวกันกับการพิสูจน์ที่เกี่ยวข้องสำหรับจำนวนพีชคณิตโดยใช้จำนวนเต็ม{\displaystyle \mathbb {Z} }แทนที่จะเป็นพวกที่มีเหตุผลคิว{\displaystyle \mathbb {Q} }.

นอกจาก นี้เรายังสามารถสร้างพหุนามเอกลักษณ์ที่เกี่ยวข้องได้อย่างชัดเจน ซึ่งโดยทั่วไปจะมีดีกรี สูง กว่าดีกรีของจำนวนเต็มพีชคณิตดั้งเดิม โดยการหาผลลัพธ์และแยกตัวประกอบ ตัวอย่างเช่น ถ้าx − 1 = 0 , y − 1 = 0และz = xyแล้ว การกำจัดxและyจากzxy = 0และพหุนามที่ x และ y สอดคล้องโดยใช้ผลลัพธ์จะได้ z⁶ 3z⁴4z³ + z² + z 1 = 0 ซึ่งเป็นพหุนามที่ไม่สามารถแยก ตัวประกอบ ได้ และ เป็นสมการเอกลักษณ์ที่ผลคูณสอดคล้อง (เพื่อให้เห็นว่าxyเป็นรากของ ผลลัพธ์ xของzxyและx − 1เราอาจใช้ข้อเท็จจริงที่ว่าผลลัพธ์นั้นบรรจุอยู่ในไอเดียที่สร้างขึ้นจากพหุนามอินพุตสองตัว)

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 xจะเป็นจำนวนเต็มพีชคณิต โดยที่xสอดคล้องกับพหุนามp ( x )ที่มีสัมประสิทธิ์เป็นจำนวนเต็ม และa x nคือพจน์ที่มีดีกรีสูงสุดของp ( x )ค่าy = a xเป็นจำนวนเต็มพีชคณิตเพราะเป็นรากของq ( y ) = a n − 1 p ( y / a )โดยที่q ( y )เป็นพหุนามเอกลักษณ์ที่มีสัมประสิทธิ์เป็นจำนวนเต็ม
  • ถ้าxเป็นจำนวนพีชคณิต ก็สามารถเขียนได้ในรูปอัตราส่วนของจำนวนเต็มพีชคณิตกับจำนวนเต็มพีชคณิตที่ไม่เป็นศูนย์ ที่จริงแล้ว ตัวส่วนสามารถเลือกให้เป็นจำนวนเต็มบวกได้เสมอ อัตราส่วนคือ| a | x / | a |โดยที่xสอดคล้องกับพหุนามp ( x )ที่มีสัมประสิทธิ์เป็นจำนวนเต็ม และa x n คือพจน์ ที่มีดีกรีสูงสุดของp ( x )
  • จำนวนเต็มพีชคณิตตรรกยะเพียงอย่างเดียวคือจำนวนเต็ม นั่นคือ ถ้าxเป็นจำนวนเต็มพีชคณิตและxคิว{\displaystyle x\in \mathbb {Q} }แล้วx{\displaystyle x\in \mathbb {Z} }นี่เป็นผลโดยตรงจากทฤษฎีบทรากตรรกยะสำหรับกรณีของพหุนามเอกลักษณ์

ดูเพิ่มเติม

ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Algebraic_integer&oldid=1356571043 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ จำนวนเต็มพีชคณิต

ในทฤษฎีจำนวนเชิงพีชคณิตจำนวนเต็มเชิงพีชคณิตคือจำนวนเชิงซ้อนที่เป็นจำนวนเต็มเหนือจำนวนเต็มกล่าวคือ จำนวนเต็มเชิงพีชคณิตเป็นราก เชิงซ้อน ของพหุนามเอกลักษณ์ บางตัว (...

คำจำกัดความ

ต่อไปนี้เป็นนิยามที่เทียบเท่ากันของจำนวนเต็มพีชคณิต ให้ K เป็น ฟิลด์จำนวน (กล่าวคือ ส่วนขยายจำกัด ของ คิว {\displaystyle \mathbb {Q} } กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ(ขอบเขตของ จำนวนตรรกยะ ) เค = คิว ( θ ) {\displaystyle K=\mathbb {Q} (\theta )} สำหรับ จำนวนพีชคณิต...

ตัวอย่าง

จำนวนเต็มพีชคณิตเพียงจำนวนเดียวที่พบในเซตของจำนวนตรรกยะคือจำนวนเต็ม กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ จุดตัดของ คิว {\displaystyle \mathbb {Q} } และ A คืออย่างแน่นอน ซ {\displaystyle \mathbb {Z} } จำนวนตรรกยะ ⁠a / b⁠ ไม่ใช่ จำนวนเต็มพีชคณิต เว้นแต่ว่า b จะ หาร a ลงตัว...

การสร้างส่วนขยายวงแหวนแบบจำกัด

สำหรับ α ใดๆ การ ขยายวงแหวน (ในความหมายที่เทียบเท่ากับ การขยายฟิลด์ ) ของจำนวนเต็มโดย α จะถูกแทนด้วย ซ [ α ] ≡ { ∑ ฉัน = 0 n α ฉัน z ฉัน | z ฉัน ∈ ซ , n ∈ ซ } {\displaystyle \mathbb {Z} [\alpha ]\equiv \left\{\sum _{i=0}^{n}\alpha ^{i}z_{i}|z_{i}\in \mathbb...