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切博塔列夫密度定理


切博塔列夫密度定理是代數數論中一個複雜的定理,它給出了數域 K素理想的漸近公式,這些素理想在 K代數擴張 L 中以某種方式分裂。當基域有理數Q 時,該定理變得簡單得多。

f(x) 是一個首一的 不可約多項式,其次數為 n,且具有整數係數,根為 alpha,設 K=Q(alpha),設 LK 的正規閉包,並設 Pn 的一個劃分 (n_1,n_2,...,n_r),即一組正整數 n_1>=n_2...>=n_r 的有序集合,其中 n=n_1+n_2+....+n_r。如果一個素數不除以 f 的判別式,則稱該素數是(在數域 K 上)非分歧的。設 S 表示非分歧素數的集合。考慮非分歧素數的集合 S_P,對於這些素數,f(x)p 分解為 f_1(x)f_2(x)...f_r(x),其中 f_ip 是不可約的,且次數為 n_i。 同樣定義 S_P 中素數的密度 delta(S_P) 如下

 delta(S_P)=lim_(N->infty)(#{p in S_P:p<=N})/(#{p in S:p<=N}).

現在考慮數域 K伽羅瓦群 G=Gal(L/Q)。由於這是對稱群 S_n 的一個子群G 的每個元素都可以表示為 n 個字母的排列,而排列又可以唯一地表示為不相交輪換的乘積。現在考慮 G_P 的元素集合,G 由長度為 n_1, n_2, ..., n_r 的不相交輪換組成。那麼 delta(S_P)=#G_P/#G

作為一個例子,設 f(x)=x^3-2,所以 K=Q(2^(1/3))L=Q(2^(1/3),omega),其中 omega 是本原單位根。由於 f 的判別式為 -108=-2^23^3,因此唯一的分歧素數是 2 和 3。

p 為一個非分歧素數。那麼 f 有一個根(模 p)當且僅當 2 有一個立方根(模 p),這發生在 p=2 (mod 3) 或 p=1 (mod 3) 且 2 的乘法階模 p 整除 (p-1)/3 時。第一種情況發生在所有非分歧素數的一半中,第二種情況發生在所有素數的六分之一中。在第一種情況下,2 有一個唯一的立方根模 p,所以 f 分解為一個線性因子和一個不可約二次因子模 p 的乘積。在第二種情況下,2 有三個不同的立方根模 p,所以 f 有三個線性因子模 p。在剩餘的情況下,這種情況發生在所有非分歧素數的三分之一中,fp 是不可約的。現在考慮 S_3 的對應元素。第一種情況對應於 2-輪換和 1-輪換(恆等元)的乘積,其中有三個,或 S_3 元素的一半,第二種情況對應於三個 1-輪換的乘積,或恆等元,其中只有一個元素,或 S_3 元素的六分之一,剩餘的情況對應於 3-輪換,其中有兩個,或 S_3 元素的三分之一。由於在這種情況下 Gal(L/Q)=S_3,切博塔列夫密度定理對於這個例子成立。

切博塔列夫密度定理通常可以用於確定給定次數為 n 的不可約多項式 f(x) 的伽羅瓦群。為此,計數到指定界限的非分歧素數的數量,對於這些素數,f 以某種方式分解,然後將結果與 S_n 的每個傳遞子群中具有相同迴圈結構的元素的比例進行比較。Lenstra 提供了一些關於此過程的很好的例子。


參見

代數數論, 伽羅瓦群, 數域

此條目由 David Terr 貢獻

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參考文獻

Lenstra, H. "切博塔列夫密度定理。" http://websites.math.leidenuniv.nl/algebra/Lenstra-Chebotarev.pdf.

在 上被引用

切博塔列夫密度定理

請引用本文為

Terr, David. "切博塔列夫密度定理。" 來自 Web 資源,由 Eric W. Weisstein 建立。 https://mathworld.tw/ChebotarevDensityTheorem.html

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