กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 8 นาที

มาตรฐานภาคสนาม

ในทางคณิตศาสตร์นอร์ม(ฟิลด์)คือการแมปแบบเฉพาะอย่างหนึ่งที่กำหนดไว้ในทฤษฎีฟิลด์ซึ่งแมปองค์ประกอบของฟิลด์ ที่ใหญ่กว่า ไปยังฟิลด์ย่อย

มาตรฐานภาคสนาม

ในทางคณิตศาสตร์นอร์ม(ฟิลด์)คือการแมปแบบเฉพาะอย่างหนึ่งที่กำหนดไว้ในทฤษฎีฟิลด์ซึ่งแมปองค์ประกอบของฟิลด์ ที่ใหญ่กว่า ไปยังฟิลด์ย่อย

คำจำกัดความอย่างเป็นทางการ

ให้Kเป็นฟิลด์ และLเป็นส่วนขยายจำกัด (และด้วยเหตุนี้จึงเป็นส่วนขยายเชิงพีชคณิต ) ของK

ดังนั้น ฟิลด์Lจึงเป็นปริภูมิเวกเตอร์มิติจำกัด เหนือK

การคูณด้วยαซึ่งเป็นสมาชิกของL

α:แอลแอล{\displaystyle m_{\alpha }\colon L\to L}
α(x)=αx{\displaystyle m_{\alpha }(x)=\alpha x},

เป็นการแปลงเชิงเส้น K ของปริภูมิเวกเตอร์นี้ไปยังตัวมันเอง

บรรทัดฐานN L ( α ) ถูกกำหนดให้เป็นดีเทอร์มิแนนต์ของแปลงเชิงเส้นนี้[ 1 ]

ถ้าL / Kเป็นส่วนขยายแบบกาโลอิสเราสามารถคำนวณค่าบรรทัดฐานของα L ได้ โดยใช้ผลคูณของค่าสังยุคกาโลอิส ทั้งหมด ของα :

เอ็นแอล/เค(α)=σกัล(แอล/เค)σ(α),{\displaystyle \operatorname {N} _{L/K}(\alpha )=\!\prod _{\sigma \in \operatorname {Gal} (L/K)}\!\!\sigma (\alpha ),}

โดยที่ Gal( L / K )หมายถึงกลุ่มกาโลอิสของL / K [ 2 ] (โปรดทราบว่าอาจมีการซ้ำกันในเงื่อนไขของผลคูณ)

สำหรับฟิลด์ส่วนขยายทั่วไปL / Kและα ที่ไม่เป็นศูนย์ ในLให้σ ( α ), ..., σ ( α ) เป็นรากของพหุนามขั้นต่ำของαเหนือK (รากที่ระบุพร้อมความซ้ำซ้อนและอยู่ในฟิลด์ส่วนขยายบางส่วนของL ); แล้ว

เอ็นแอล/เค(α)=(เจ=1nσเจ(α))[แอล:เค(α)]{\displaystyle \operatorname {N} _{L/K}(\alpha )={\biggl (}\prod _{j=1}^{n}\sigma _{j}(\alpha ){\biggr )}^{[L:K(\alpha )]}}.

ถ้าL / Kเป็นเมทริกซ์แยกส่วนได้รากแต่ละตัวจะปรากฏเพียงครั้งเดียวในผลคูณ (ถึงแม้ว่าเลขชี้กำลังหรือดีกรี [ L : K ( α )] อาจจะยังมากกว่า 1 ก็ตาม)

ตัวอย่าง

การขยายฟิลด์กำลังสอง

หนึ่งในตัวอย่างพื้นฐานของบรรทัดฐานมาจากส่วนขยายของฟิลด์กำลังสองคิว(เอ)/คิว{\displaystyle \mathbb {Q} ({\sqrt {a}})/\mathbb {Q} }ที่ไหนเอ{\displaystyle a}เป็นจำนวนเต็มที่ไม่มีตัวประกอบกำลังสอง

จากนั้น แผนที่การคูณโดยเอ{\displaystyle {\sqrt {a}}}บนองค์ประกอบx+yเอ{\displaystyle x+y\cdot {\sqrt {a}}}เป็น

เอ(x+yเอ)=yเอ+xเอ.{\displaystyle {\sqrt {a}}\cdot (x+y\cdot {\sqrt {a}})=y\cdot a+x\cdot {\sqrt {a}}.}

องค์ประกอบx+yเอ{\displaystyle x+y\cdot {\sqrt {a}}}สามารถแสดงได้ด้วยเวกเตอร์

[xy],{\displaystyle {\begin{bmatrix}x\\y\end{bmatrix}},}

เนื่องจากมีการแยกส่วนผลรวมโดยตรงคิว(เอ)=คิวคิวเอ{\displaystyle \mathbb {Q} ({\sqrt {a}})=\mathbb {Q} \oplus \mathbb {Q} \cdot {\sqrt {a}}}ในฐานะคิว{\displaystyle \mathbb {Q} }-ปริภูมิเวกเตอร์

เมทริกซ์ของเอ{\displaystyle m_{\sqrt {a}}}แล้ว

เอ=[0เอ10]{\displaystyle m_{\sqrt {a}}={\begin{bmatrix}0&a\\1&0\end{bmatrix}}}

และบรรทัดฐานคือเอ็นคิว(เอ)/คิว(เอ)=เอ{\displaystyle N_{\mathbb {Q} ({\sqrt {a}})/\mathbb {Q} }({\sqrt {a}})=-a}เนื่องจากเป็นตัวกำหนดของเมทริกซ์นี้

นอร์มของ Q(√2)

พิจารณาฟิลด์ตัวเลขเค=คิว(2){\displaystyle K=\mathbb {Q} ({\sqrt {2}})}.

กลุ่มกาลัวส์เค{\displaystyle K}เกินคิว{\displaystyle \mathbb {Q} }มีคำสั่ง=2{\displaystyle d=2}และถูกสร้างขึ้นโดยองค์ประกอบที่ส่งมา2{\displaystyle {\sqrt {2}}}ถึง2{\displaystyle -{\sqrt {2}}}ดังนั้นบรรทัดฐานของ1+2{\displaystyle 1+{\sqrt {2}}}เป็น:

(1+2)(12)=1.{\displaystyle (1+{\sqrt {2}})(1-{\sqrt {2}})=-1.}

ค่ามาตรฐานของสนามสามารถหาได้โดยไม่ต้องใช้กลุ่มกาโลอิสด้วยเช่นกัน

แก้ไขคิว{\displaystyle \mathbb {Q} }-พื้นฐานของคิว(2){\displaystyle \mathbb {Q} ({\sqrt {2}})}, พูด:

{1,2}{\displaystyle \{1,{\sqrt {2}}\}}.

จากนั้นคูณด้วยตัวเลข1+2{\displaystyle 1+{\sqrt {2}}}ส่ง

1{\displaystyle 1}ถึง1+2{\displaystyle 1+{\sqrt {2}}}และ
2{\displaystyle {\sqrt {2}}}ถึง2+2{\displaystyle 2+{\sqrt {2}}}.

ดังนั้นตัวกำหนดของ "การคูณด้วย"1+2{\displaystyle 1+{\sqrt {2}}}" คือดีเทอร์มิแนนต์ของเมทริกซ์ที่ส่งเวกเตอร์

[10]{\displaystyle {\begin{bmatrix}1\\0\end{bmatrix}}}(ซึ่งสอดคล้องกับองค์ประกอบพื้นฐานแรก คือ 1) ถึง[11]{\displaystyle {\begin{bmatrix}1\\1\end{bmatrix}}},
[01]{\displaystyle {\begin{bmatrix}0\\1\end{bmatrix}}}(ซึ่งสอดคล้องกับองค์ประกอบพื้นฐานที่สอง กล่าวคือ2{\displaystyle {\sqrt {2}}}) ถึง[21]{\displaystyle {\begin{bmatrix}2\\1\end{bmatrix}}},

เช่น:

[1211].{\displaystyle {\begin{bmatrix}1&2\\1&1\end{bmatrix}}.}

ค่าดีเทอร์มิแนนต์ของเมทริกซ์นี้คือ −1

ส่วนขยายฟิลด์รากที่p

ตัวอย่างง่ายๆ อีกประเภทหนึ่งมาจากการขยายฟิลด์ในรูปแบบคิว(เอพี)/คิว{\displaystyle \mathbb {Q} ({\sqrt[{p}]{a}})/\mathbb {Q} }โดยที่การแยกตัวประกอบเฉพาะของเอคิว{\displaystyle a\in \mathbb {Q} }ไม่มีพี{\displaystyle p}เลขยกกำลัง -th สำหรับพี{\displaystyle p}จำนวนเฉพาะคี่คงที่

แผนที่การคูณโดยเอพี{\displaystyle {\sqrt[{p}]{a}}}ขององค์ประกอบคือ

เอพี(x)=เอพี(เอ0+เอ1เอพี+เอ2เอ2พี++เอพี1เอพี1พี)=เอ0เอพี+เอ1เอ2พี+เอ2เอ3พี++เอพี1เอ{\displaystyle {\begin{aligned}m_{\sqrt[{p}]{a}}(x)&={\sqrt[{p}]{a}}\cdot (a_{0}+a_{1}{\sqrt[{p}]{a}}+a_{2}{\sqrt[{p}]{a^{2}}}+\cdots +a_{p-1}{\sqrt[{p}]{a^{p-1}}})\\&=a_{0}{\sqrt[{p}]{a}}+a_{1}{\sqrt[{p}]{a^{2}}}+a_{2}{\sqrt[{p}]{a^{3}}}+\cdots +a_{p-1}a\end{aligned}}}

การให้เมทริกซ์

[000เอ100001000010]{\displaystyle {\begin{bmatrix}0&0&\cdots &0&a\\1&0&\cdots &0&0\\0&1&\cdots &0&0\\\vdots &\vdots &\ddots &\vdots &\vdots \\0&0&\cdots &1&0\end{bmatrix}}}

ตัวกำหนดจะให้บรรทัดฐาน

เอ็นคิว(เอพี)/คิว(เอพี)=(1)พี1เอ=เอ.{\displaystyle N_{\mathbb {Q} ({\sqrt[{p}]{a}})/\mathbb {Q} }({\sqrt[{p}]{a}})=(-1)^{p-1}a=a.}

จำนวนเชิงซ้อนบนจำนวนจริง

ค่ามาตรฐานของฟิลด์จากจำนวนเชิงซ้อนไปยังจำนวนจริงส่ง

x + iy

ถึง

x 2 + y 2 ,

เนื่องจากกลุ่มกาโลอิสของซี{\displaystyle \mathbb {C} }เกินอาร์{\displaystyle \mathbb {R} }ประกอบด้วยสององค์ประกอบ

และเมื่อนำผลคูณมาจะได้( x + iy )( xiy ) = x 2 + y 2

ฟิลด์จำกัด

ให้L = GF( q n ) เป็นส่วนขยายจำกัดของฟิลด์จำกัดK = GF( q )

เนื่องจากL / Kเป็นส่วนขยายของ Galois ถ้าαอยู่ในLแล้วค่าปกติของαคือผลคูณของ Galois conjugates ทั้งหมดของαนั่นคือ[ 3 ]

เอ็นแอล/เค(α)=ααqαq2αqn1=α(qn1)/(q1).{\displaystyle \operatorname {N} _{L/K}(\alpha )=\alpha \cdot \alpha ^{q}\cdot \alpha ^{q^{2}}\cdots \alpha ^{q^{n-1}}=\alpha ^{(q^{n}-1)/(q-1)}.}

ในการตั้งค่านี้เรามีคุณสมบัติเพิ่มเติม[ 4 ]

  • αแอล,เอ็นแอล/เค(αq)=เอ็นแอล/เค(α){\displaystyle \forall \alpha \in L,\quad \operatorname {N} _{L/K}(\alpha ^{q})=\operatorname {N} _{L/K}(\alpha )}
  • เอเค,เอ็นแอล/เค(เอ)=เอn.{\displaystyle \forall a\in K,\quad \operatorname {N} _{L/K}(a)=a^{n}.}

คุณสมบัติของบรรทัดฐาน

คุณสมบัติหลายประการของฟังก์ชันบรรทัดฐานใช้ได้กับส่วนขยายจำกัดใดๆ[ 5 ] [ 6 ]

โฮโมมอร์ฟิซึมกลุ่ม

นอร์มN   : L * → K * คือโฮโมมอร์ฟิซึมของกลุ่มจากกลุ่มการคูณของLไปยังกลุ่มการคูณของKนั่นคือ

เอ็นแอล/เค(αเบต้า)=เอ็นแอล/เค(α)เอ็นแอล/เค(เบต้า) สำหรับทุกคน α,เบต้าแอล*.{\displaystyle \operatorname {N} _{L/K}(\alpha \beta )=\operatorname {N} _{L/K}(\alpha )\operatorname {N} _{L/K}(\beta ){\text{ for all }}\alpha ,\beta \in L^{*}.}

นอกจากนี้ หากเอเค{\displaystyle a\in K}:

เอ็นแอล/เค(เอα)=เอ[แอล:เค]เอ็นแอล/เค(α) สำหรับทุกคน αแอล,{\displaystyle \operatorname {N} _{L/K}(a\alpha )=a^{[L:K]}\operatorname {N} _{L/K}(\alpha ){\text{ for all }}\alpha \in L,}และ
เอ็นแอล/เค(เอ)=เอ[แอล:เค].{\displaystyle \operatorname {N} _{L/K}(a)=a^{[L:K]}.}

องค์ประกอบที่มีส่วนขยายของฟิลด์

นอกจากนี้ ค่ามาตรฐานยังทำงานได้ดีในหอคอยของสนามต่างๆ :

ถ้าMเป็นส่วนขยายจำกัดของLแล้ว ค่าบรรทัดฐานจากMไปยังKก็คือการประกอบกันของค่าบรรทัดฐานจากMไปยังLกับค่าบรรทัดฐานจากLไปยังKกล่าวคือ

เอ็นเอ็ม/เค=เอ็นแอล/เคเอ็นเอ็ม/แอล.{\displaystyle \operatorname {N} _{M/K}=\operatorname {N} _{L/K}\circ \operatorname {N} _{M/L}.}

การลดมาตรฐาน

ค่ามาตรฐานขององค์ประกอบในส่วนขยายฟิลด์ใดๆ สามารถลดทอนให้เหลือการคำนวณที่ง่ายขึ้นได้ หากทราบระดับของส่วนขยายฟิลด์นั้นแล้ว นี่คือ

เอ็นแอล/เค(α)=เอ็นเค(α)/เค(α)[แอล:เค(α)]{\displaystyle N_{L/K}(\alpha )=N_{K(\alpha )/K}(\alpha )^{[L:K(\alpha )]}}[ 6 ]

ตัวอย่างเช่น สำหรับα=2{\displaystyle \alpha ={\sqrt {2}}}ในการขยายสาขาแอล=คิว(2,ζ3),เค=คิว{\displaystyle L=\mathbb {Q} ({\sqrt {2}},\zeta _{3}),K=\mathbb {Q} }บรรทัดฐานของα{\displaystyle \alpha }เป็น

เอ็นคิว(2,ζ3)/คิว(2)=เอ็นคิว(2)/คิว(2)[คิว(2,ζ3):คิว(2)]=(2)2=4{\displaystyle {\begin{aligned}N_{\mathbb {Q} ({\sqrt {2}},\zeta _{3})/\mathbb {Q} }({\sqrt {2}})&=N_{\mathbb {Q} ({\sqrt {2}})/\mathbb {Q} }({\sqrt {2}})^{[\mathbb {Q} ({\sqrt {2}},\zeta _{3}):\mathbb {Q} ({\sqrt {2}})]}\\&=(-2)^{2}\\&=4\end{aligned}}}

เนื่องจากระดับของการขยายขอบเขตสนามแอล/เค(α){\displaystyle L/K(\alpha )}เป็น2{\displaystyle 2}.

การตรวจจับหน่วย

สำหรับโอเค{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}วงแหวนของจำนวนเต็มของฟิลด์จำนวนพีชคณิตเค{\displaystyle K}องค์ประกอบหนึ่งαโอเค{\displaystyle \alpha \in {\mathcal {O}}_{K}}ถือเป็นหน่วยก็ต่อเมื่อเอ็นเค/คิว(α)=±1{\displaystyle N_{K/\mathbb {Q} }(\alpha )=\pm 1}.

ตัวอย่างเช่น

เอ็นคิว(ζ3)/คิว(ζ3)=1{\displaystyle N_{\mathbb {Q} (\zeta _{3})/\mathbb {Q} }(\zeta _{3})=1}

ที่ไหน

ζ33=1{\displaystyle \zeta _{3}^{3}=1}.

ดังนั้น ฟิลด์ตัวเลขใดๆเค{\displaystyle K}วงแหวนของจำนวนเต็มโอเค{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}ประกอบด้วยζ3{\displaystyle \zeta _{3}}มีเป็นหน่วยหนึ่ง

คุณสมบัติเพิ่มเติม

ค่ามาตรฐานของจำนวนเต็มพีชคณิตก็เป็นจำนวนเต็มเช่นกัน เนื่องจากมีค่าเท่ากับ (โดยไม่คำนึงถึงเครื่องหมาย) ค่าคงที่ของพหุนามลักษณะเฉพาะ

ในทฤษฎีจำนวนเชิงพีชคณิตเรายังกำหนดบรรทัดฐานสำหรับไอเดียล ด้วย โดยทำในลักษณะที่ว่า ถ้าIเป็นไอเดียลที่ไม่เป็นศูนย์ของO ซึ่งเป็นวงแหวนของจำนวนเต็มของฟิลด์จำนวนKแล้วN ( I ) คือจำนวนของชั้นเศษเหลือในโอเค/ฉัน{\displaystyle O_{K}/I} – กล่าวคือ จำนวนสมาชิกของวงแหวนจำกัด นี้ ดังนั้นค่ามาตรฐานของไอเดียล นี้ จึงเป็นจำนวนเต็มบวกเสมอ

เมื่อIเป็นไอเดียลหลักαO แล้วN ( I ) จะเท่ากับค่าสัมบูรณ์ของนอร์มของQของαโดยที่αเป็นจำนวนเต็มพีชคณิต

ดูเพิ่มเติม

หมายเหตุ

  1. Rotman 2002 , หน้า 940
  2. Rotman 2002 , หน้า 943
  3. ลิดล์แอนด์นีเดอร์ไรเตอร์ 1997 , p. 57
  4. มัลเลน&พานาริโอ 2013 , หน้า. 21
  5. โรมัน 2006 หน้า151 
  6. 1 2 Oggier. บทนำสู่ทฤษฎีจำนวนเชิงพีชคณิต (PDF)หน้า 15. เก็บถาวรจากต้นฉบับ(PDF)เมื่อ 2014-10-23 สืบค้นเมื่อ2020-03-28

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ มาตรฐานภาคสนาม

ในทางคณิตศาสตร์นอร์ม(ฟิลด์)คือการแมปแบบเฉพาะอย่างหนึ่งที่กำหนดไว้ในทฤษฎีฟิลด์ซึ่งแมปองค์ประกอบของฟิลด์ ที่ใหญ่กว่า ไปยังฟิลด์ย่อย

คำจำกัดความอย่างเป็นทางการ

ให้ K เป็นฟิลด์ และ L เป็น ส่วนขยาย จำกัด (และด้วยเหตุนี้จึงเป็น ส่วนขยายเชิงพีชคณิต ) ของ K

การขยายฟิลด์กำลังสอง

หนึ่งในตัวอย่างพื้นฐานของบรรทัดฐานมาจากส่วนขยาย ของฟิลด์กำลังสอง คิว ( เอ ) / คิว {\displaystyle \mathbb {Q} ({\sqrt {a}})/\mathbb {Q} } ที่ไหน เอ {\displaystyle a} เป็น จำนวนเต็มที่ไม่มีตัวประกอบกำลัง สอง

ส่วนขยายฟิลด์รากที่ p

ตัวอย่างง่ายๆ อีกประเภทหนึ่งมาจากการขยายฟิลด์ในรูปแบบ คิว ( เอ พี ) / คิว {\displaystyle \mathbb {Q} ({\sqrt[{p}]{a}})/\mathbb {Q} } โดยที่การแยกตัวประกอบเฉพาะของ เอ ∈ คิว {\displaystyle a\in \mathbb {Q} } ไม่มี พี {\displaystyle p} เลขยกกำลัง -th สำหรับ พี...