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p進數


一個 p 進數是有理數域的擴張,使得模同餘對於固定的素數 p 與所謂的 “p 進 度量” 中的鄰近性相關。

任何非零有理數 x 可以表示為

 x=(p^ar)/s,
(1)

其中 p 是一個素數rs整數,且不被 p 整除a 是唯一的整數。然後定義 xp進範數

 |x|_p=p^(-a).
(2)

也定義 p 進範數

 |0|_p=0.
(3)

p進數可能是由 Hensel (亨澤爾) (1897) 首次在一個關於 冪級數中代數數發展的論文中引入的。然後,Kűrschák 在 1913 年將 p 進數推廣到賦值。Hasse (哈asse) (1923) 隨後提出了 Hasse 原理,這是區域性域理論的主要應用之一。Skolem (斯科倫) 的 p 進方法,用於攻擊某些丟番圖方程,是 p 進數的另一個強大應用。另一個應用是關於調和數 H_n 永遠不是整數(除了 H_1 之外)的定理。類似的應用是使用 p 進賦值證明 von Staudt-Clausen 定理,儘管技術細節有些困難。 Mahler-Lech 定理提供了另一個應用。

每個有理 x 都有一個“本質上”唯一的 p 進展開(“本質上”是因為零項始終可以在開頭新增)

 x=sum_(j=m)^inftya_jp^j,
(4)

其中 m 是一個整數a_j 是 0 到 p-1 (包括 0 和 p-1)之間的整數,並且該和相對於 p 進賦值是收斂的。如果 x!=0a_m!=0,則展開是唯一的。Burger 和 Struppeck (1996) 表明,對於 p 是一個素數n 是一個正整數

 |n!|_p=p^(-(n-A_p(n))/(p-1)),
(5)

其中 p 進展開式 n

 n=a_0+a_1p+a_2p^2+...+a_Lp^L,
(6)

 A_p(n)=a_0+a_1+...+a_L.
(7)

對於足夠大的 n

 |n!|_p<=p^(-n/(2p-2)).
(8)

Q 上的 p 進賦值產生了 p 進 度量

 d(x,y)=|x-y|_p,
(9)

這反過來又產生了 p 進拓撲。可以證明,有理數與 p 進度量一起,不構成完備度量空間。因此,可以構造這個空間的完備化,並且 p 進數 Q_p 的集合被定義為這個完備化空間。

正如實數有理數 Q 關於通常絕對賦值 |x-y| 的完備化一樣,p 進數是 Q 關於 p 進賦值 |x-y|_p 的完備化。p 進數在解決丟番圖方程中很有用。例如,可以很容易地證明方程 X^2=2 在 2 進數域中無解(我們只需取兩邊的賦值)。由於 2 進數包含有理數作為子集,我們可以立即看出該方程在有理數中無解。因此,我們立即證明了 sqrt(2) 的無理性。

這是解決這類方程時常用的論證方法:為了表明方程在 Q 中無解,我們證明它在擴張域中無解。再舉一個例子,考慮 X^2+1=0。這個方程在 Q 中無解,因為它在實數 R 中無解,並且 QR 的子集。

現在考慮逆命題。假設我們有一個方程,它在 R 和所有 Q_p (對於每個素數 p)中都有解。我們能得出結論,該方程在 Q 中有解嗎?不幸的是,一般來說,答案是否定的,但是對於某些型別的方程,答案是肯定的。據說這些方程滿足 Hasse 原理


參見

Ax-Kochen 同構定理, 丟番圖方程, 最大整除指數, 調和數, Hasse 原理, 區域性域, Mahler-Lech 定理, p進整數, p進範數, 乘積公式, 賦值, 賦值理論, von Staudt-Clausen 定理

使用 探索

參考文獻

Burger, E. B. 和 Struppeck, T. "Does sum_(n=0)^(infty)1/(n!) Really Converge? Infinite Series and p-adic Analysis." Amer. Math. Monthly 103, 565-577, 1996.Cassels, J. W. S. 第 2 章,Lectures on Elliptic Curves. New York: Cambridge University Press, 1991.Cassels, J. W. S. 和 Scott, J. W. Local Fields. Cambridge, England: Cambridge University Press, 1986.De Smedt, S. "p-adic Arithmetic." The Mathematica J. 9, 349-357, 2004.Gouvêa, F. Q. P-adic Numbers: An Introduction, 2nd ed. New York: Springer-Verlag, 1997.Hasse, H. "Über die Darstellbarkeit von Zahlen durch quadratische Formen im Körper der rationalen Zahlen." J. reine angew. Math. 152, 129-148, 1923.Hasse, H. "Die Normenresttheorie relativ-Abelscher Zahlkörper als Klassenkörpertheorie in Kleinen." J. reine angew. Math. 162, 145-154, 1930.Hensel, K. "Über eine neue Begründung der Theorie der algebraischen Zahlen." Jahresber. Deutsch. Math. Verein 6, 83-88, 1897.Kakol, J.; De Grande-De Kimpe, N.; 和 Perez-Garcia, C. (編輯). p-adic Functional Analysis. New York: Dekker, 1999.Koblitz, N. P-adic Numbers, P-adic Analysis, and Zeta-Functions, 2nd ed. New York: Springer-Verlag, 1984.Koch, H. "Valuations." 第 4 章,Number Theory: Algebraic Numbers and Functions. Providence, RI: Amer. Math. Soc., pp. 103-139, 2000.Mahler, K. P-adic Numbers and Their Functions, 2nd ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, 1981.Ostrowski, A. "Über sogennante perfekte Körper." J. reine angew. Math. 147, 191-204, 1917.Vladimirov, V. S. "Tables of Integrals of Complex-Valued Functions of p.-adic Arguments" 1999 年 11 月 22 日. http://arxiv.org/abs/math-ph/9911027.Weisstein, E. W. "Books about P-adic Numbers." http://www.ericweisstein.com/encyclopedias/books/P-adicNumbers.html.Wolfram, S. A New Kind of Science. Champaign, IL: Wolfram Media, p. 1168, 2002.

在 中被引用

p進數

引用為

Weisstein, Eric W. "p進數。" 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/p-adicNumber.html

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