理想類群




理想類群是代數數論的基本對象之一,簡稱類群。它描述了一個數域的理想與元素的差異。理想類群是有限交換群,其元素個數稱作該域的類數



形式定義


O{displaystyle {mathcal {O}}}mathcal{O} 為戴德金整環。此時 O{displaystyle {mathcal {O}}}mathcal{O} 中的非零理想對乘法構成一個交換么半群。


今將定義其上的等價關係:設 a,b{displaystyle {mathfrak {a}},{mathfrak {b}}}{displaystyle {mathfrak {a}},{mathfrak {b}}} 為二非零理想,定義


a∼b⇔s,t∈(s)a=(t)b{displaystyle {mathfrak {a}}sim {mathfrak {b}}Leftrightarrow exists s,tin {mathcal {O}}^{times };(s){mathfrak {a}}=(t){mathfrak {b}}}{displaystyle {mathfrak {a}}sim {mathfrak {b}}Leftrightarrow exists s,tin {mathcal {O}}^{times };(s){mathfrak {a}}=(t){mathfrak {b}}}

理想么半群對此關係的商構成一個交換群 Cl(O){displaystyle mathrm {Cl} ({mathcal {O}})}{displaystyle mathrm {Cl} ({mathcal {O}})},稱為 O{displaystyle {mathcal {O}}}mathcal{O} 的理想類群。


另一套進路是考慮 O{displaystyle {mathfrak {O}}}{mathfrak  {O}} 的非零分式理想構成之交換群,再考慮它對主分式理想 {(q):q∈}{displaystyle {(q):qin K^{times }}}{displaystyle {(q):qin K^{times }}} 之商,由此得到的對象自然同構於理想類群。



性質



  • 理想類群為平凡群的充要條件是該戴德金整環為主理想環。

  • K{displaystyle K}K 為數域,OK{displaystyle {mathcal {O}}_{K}}{displaystyle {mathcal {O}}_{K}} 為其中的代數整數環,因而是戴德金整環。此時可證明 OK{displaystyle {mathcal {O}}_{K}}{displaystyle {mathcal {O}}_{K}} 是有限群。其元素個數記為 hK{displaystyle h_{K}}{displaystyle h_{K}},稱作類數。



例子


考慮二次域 Q(−5){displaystyle mathbb {Q} ({sqrt {-5}})}{displaystyle mathbb {Q} ({sqrt {-5}})}。考慮理想



J=(2,1+−5){displaystyle J=(2,1+{sqrt {-5}})}{displaystyle J=(2,1+{sqrt {-5}})}

易證此非主理想,因此理想類群非零。事實上,其理想類群是二階循環群。







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