雑学1474218 views
世界の国567435 views
中学社会670081 views
LaTeX965557 views
中学英語813624 views
高校倫理1444503 views
高校物理162509 views
MathPython501700 views
いろは3025218 views
英語617403 views
Help
Tools

English

ミンコフスキーの限界より下を調べる〜類数を最後まで求める

の類数を求めてください。

なので 、 です[3]。虚二次体の限界は なので [1]。

どの類もこの値以下のノルムを持つイデアルで代表されるので、ノルム 以下の素イデアルだけを調べれば足ります[2]。 と はどちらも を割るので分岐し、、 となります。ここで 、。

単項かどうかを見ます。 が単項なら を満たす整数が要りますが、 で 、 で左辺が 以上。解はありません。 も が解けないので単項でない。

関係式を拾います。 なので で、。

から なので、 です。類群は が生成する位数 の巡回群、。

で位数 3 を出す

、限界は です。ノルム 以下を調べます。

なので は完全分解し、 で が平方剰余なので も完全分解します。、。

整数環は なので、ノルムは です。 と の偶奇はそろえます。

が単項なら 。 で 、 で 以上。解なしで単項ではありません。 も が解けないので同じ。

ここで手を止めず、 のべきを追います。

はノルム です。 の解は 、 で、対応する元は 。ところが であって ではないので、 は単項ではありません。

はノルム 。 に 、 という解があり、 のノルムが です。

が で割れるかを確かめます。 はトレースが で整数にならないので、割れません。だから は片方の素イデアルだけの 乗、つまり です。

の位数は に決まりました。 も同じ類群に入ります。 のノルムは なので 、つまり 。

類群は位数 の巡回群で です。

では巡回群にならない

なので 、。限界は です。

ノルム 以下の素イデアルを並べます。 と は を割るので分岐し、 は が平方剰余なので完全分解します。

、ノルム
、ノルム
、ノルム

は にも にも にもなりません。 なら平方数、 なら 以上だからです。 つとも単項ではない。

関係式を探します。 なので、 です。よって 。

と はどちらも位数 。積が単位元になるかを見ます。 なら が単項で、ノルム の元が要ります。 に解はないので、単位元ではありません。

したがって類群は位数 の元 つで生成され、 になります。 で、巡回群ではない。

類数が でも、群が か かは位数を数えるだけでは決まりません。

どの元も 乗して単位元になるかを、 つずつ確かめる必要がある。

実二次体では単数が邪魔になる

の類数を求めてください。 なので 、。

実二次体の限界は なので [1]。ノルム 以下を調べます。

は を割るので分岐し、、。 は が平方剰余なので完全分解します。

単項性の判定でひと工夫が要ります。 は左辺が負にもなるので、大きさで絞れません。

そこで を法として見ます。 が要りますが、 を法とする平方数は の つ。 も も入らないので解なしです。 は単項ではありません。

も同じで、 は を法として か を要求するので解けません。

関係式は から拾えます。 なので 。

類群は が生成する位数 の群で、 です。

限界が 2 を切れば即決

限界が より小さいと、調べるべき素イデアルが つもありません。その場で類数 が確定します[1]。

虚二次体では すなわち 、実二次体では が条件です[1]。

限界

この つはどれも類数 です[1]。ほかにも類数 の体はありますが、限界が 以上になるので個別の議論が要ります[1]。

で が単項でないと示すには、何を確かめますか。

  • であること
  • に整数解がないこと
  • が判別式 を割ること
__RESULT__

のノルムは なので、単項なら生成元のノルムの絶対値が になります。 に解がないので、そんな元は存在しません。 は位数が の約数だと言うだけで、単項性の判定にはなりません。

限界を出す、その下の素イデアルを並べる、単項性を判定する、関係式を拾う。 手のうち最後だけが探し物で、そこはノルムが限界より少し大きい元を試すと見つかります。

参考

Keith Conrad, *Class group calculations*, University of Connecticut
B Edixhoven, L Moret-Bailly, *Théorie algébrique des nombres*, Université de Rennes 1
Quadratic field - Encyclopedia of Mathematics
$\mathbb{Q}(\sqrt{-6})$ は限界 $3.119$ でノルム $3$ 以下の $2$ つを調べ、$N(\sqrt{-6}) = 6$ から関係式を拾って $h_K = 2$。$\mathbb{Q}(\sqrt{-23})$ では $\mathfrak{p}_2$ のべきを追い、$a^2+23b^2 = 32$ に $a = 3, b = 1$ が見つかる 3 乗ではじめて単項に戻るので $h_K = 3$。$\mathbb{Q}(\sqrt{-21})$ は位数 $2$ の元が 2 つ出て $\mathbb{Z}/2 \times \mathbb{Z}/2$、実二次体 $\mathbb{Q}(\sqrt{10})$ は $5$ を法として矛盾を出します。限界が $2$ を切って即決できる 8 例つき。解答は各問のすぐ後に置いています。