単数群の階数は実埋め込みと複素埋め込みの個数だけで決まる
の可逆元は の 個で終わりです。 に移ると が可逆になり、そのべきが無限に並びます。
有限か無限かを分けるのは埋め込みの個数だけです。ディリクレが 1846 年に決着をつけました[1]。
階数は埋め込みの個数で決まる
を数体、 を実埋め込みの個数、 を複素埋め込みの個数とします。単数群の構造は次のとおり[1]。
は に入る のべき根の全体で、有限巡回群です。無限位数の生成元を 個選んだものを基本単数と呼びます[1]。
どの単数も という形に、しかも一意に書けます[1]。指数が一意に決まる点が、乗法的独立という言葉の中身です。
| と | 階数 | |
|---|---|---|
| 虚二次体 | ||
| 実二次体 | ||
| 複素三次体 | ||
| 総実三次体 | ||
が常に成り立ち、等号は 、つまり総実な体のときだけです[1]。
有限になるのは 2 種類しかない
になるのは のときで、 が か に限られます[1]。前者は 、後者は虚二次体です。
虚二次体では単数がノルム の元、つまり複素平面で絶対値 の格子点に限られます。単位円の上にある格子点は有限個しかない。
| の 個 | |
| の 個 | |
| それ以外の虚二次体 | の 個 |
なら です[1]。実数体の中に 以外の のべき根がないためです。
対数をとると格子になる
構造定理の証明は、単数を対数の空間へ写すところから始まります。 と対応させる。
ノルムが という条件が、成分の和が という条件に変わります。だから像は 次元の超平面に入る。

像が完全な格子になることを示せば、定理が出ます。この行列式がレギュレーターで、類数公式に現れる量と同じものです。
実二次体はペル方程式そのもの
実二次体では なので、基本単数 が つ決まります。 が全部の単数を尽くす。
のときは なので、単数は の解と 対 に対応します[2]。ペル方程式の最小解が基本単数です。
では の形も許されるので、 を解くことになります。
| 基本単数 | ノルム | |
|---|---|---|
が小さくても基本単数が急に大きくなります。 で 、 で 。
はノルム なので、そのべきがそのまま の解になります。、、、 と続く。
ノルムが になるかどうか
基本単数のノルムは か のどちらかです。ここで が解けるかどうかが決まります。
奇数乗のノルムが になる。 に解がある
すべての単数のノルムが 。 は解けない
では なので、 には解がありません。 を法として見ると が要りますが、 は を法とする平方剰余ではない。
や のように が で割って 余る素数のときは、 になります。表の 、、 がその例です。
大きさに規則はない
で は ほどですが、ノルムが なので を解くには 乗が要ります。
その最小解が 、 です。 が という小さい数なのに、解は 桁になる。
基本単数の大きさは に対してまったく単調でない。
なら で収まるのに、 では 乗した先が 桁になる。
円分体の単数
では 、 なので階数は です[1]。 のべき根は で、位数 の巡回群になります。
具体的に書ける単数として円単数があります。 のとき が単数になる[3]。
円単数のなす部分群の指数が、実部分体の類数と一致します。単数の情報が類数に直結する例です。
総実三次体(実埋め込みが つの 次体)の単数群の階数はいくつですか。
有限か無限か、無限ならいくつの生成元が要るか。この つの問いに、埋め込みを数えるだけで答えが出ます。












r1=3、r2=0 なので r=r1+r2−1=2 です。基本単数を 2 つとると、すべての単数が ±ε1mε2n の形に一意に書けます。