Кольцо Adele - Adele ring

В математика, то адель кольцо из глобальное поле (также аделическое кольцо, кольцо аделей или же кольцо адель^[1]) является центральным объектом теория поля классов, филиал алгебраическая теория чисел. Это ограниченный продукт из всех завершение глобального поля, и является примером самодуального топологическое кольцо.

Кольцо аделей позволяет элегантно описать Закон взаимности Артина, что является обширным обобщением квадратичная взаимность, и другие законы взаимности над конечными полями. Кроме того, это классическая теорема из Weil который ${ displaystyle G}$-бандлы на алгебраическая кривая над конечным полем можно описать в терминах аделей для восстановительная группа ${ displaystyle G}$.

Определение

Позволять ${ displaystyle K}$ быть глобальное поле (конечное расширение ${ displaystyle mathbf {Q}}$ или функциональное поле кривой ИКС/F_q над конечным полем). В адель кольцо из ${ displaystyle K}$ это подкольцо

${ Displaystyle mathbf {A} _ {K} = prod (K _ { nu}, { mathcal {O}} _ { nu}) substeq prod K _ { nu}}$

состоящий из кортежей ${ Displaystyle (а _ { ню})}$ куда ${ displaystyle a _ { nu}}$ лежит в подкольце ${ displaystyle { mathcal {O}} _ { nu} subset K _ { nu}}$ для всех, кроме конечного множества места ${ displaystyle nu}$. Здесь индекс ${ displaystyle nu}$ колеблется во всех оценки глобального поля ${ displaystyle K}$, ${ displaystyle K _ { nu}}$ это завершение при этой оценке и ${ displaystyle { mathcal {O}} _ { nu}}$ в оценочное кольцо.

Мотивация

Одна из стоящих перед нами технических проблем, которую решает введение кольца аделей, - это проблема «проведения» анализа рациональных чисел. ${ displaystyle mathbf {Q}}$. «Классическое» решение, которым раньше пользовались люди, заключалось в том, чтобы перейти к завершению. ${ displaystyle mathbf {R}}$ и использовать там аналитические методы. Но, как выяснилось позже, есть еще много абсолютные значения кроме Евклидово расстояние, по одному на каждое простое число ${ displaystyle p in mathbf {Z}}$, как было классифицировано Островский. Поскольку евклидово абсолютное значение, обозначенное ${ displaystyle | cdot | _ { infty}}$, только один из многих, ${ displaystyle | cdot | _ {p}}$кольцо аделей позволяет найти компромисс и использовать все оценки сразу. Это дает возможность получить доступ к аналитическим методам, а также сохранить информацию о простых числах, поскольку их структура встроена в ограниченное бесконечное произведение.

Почему продукт с ограничениями?

В ограниченный бесконечный продукт обязательное техническое условие для предоставления числового поля ${ displaystyle mathbf {Q}}$ решетчатая структура внутри ${ displaystyle mathbf {A} _ { mathbf {Q}}}$, что позволяет построить теорию анализа Фурье в адельной постановке. Это полностью аналогично ситуации в теории алгебраических чисел, когда кольцо целых чисел поля алгебраических чисел вкладывает

${ displaystyle { mathcal {O}} _ {K} hookrightarrow K}$

как решетка. Благодаря мощи новой теории анализа Фурье, Тейт смог доказать особый класс L-функции и Дзета-функции Дедекинда мы мероморфный Еще одну естественную причину выполнения этого технического условия можно увидеть непосредственно, построив кольцо аделей как тензорное произведение колец. Если определить кольцо целых аделей ${ displaystyle mathbf {A} _ { mathbf {Z}}}$ как кольцо

${ displaystyle mathbf {A} _ { mathbf {Z}} = mathbf {R} times { hat { mathbf {Z}}} = mathbf {R} times prod _ {p} mathbf {Z} _ {p}}$

то кольцо аделей можно эквивалентно определить как

${ displaystyle { begin {align} mathbf {A} _ { mathbf {Q}} & = mathbf {Q} otimes _ { mathbf {Z}} mathbf {A} _ { mathbf {Z }} & = mathbf {Q} otimes _ { mathbf {Z}} left ( mathbf {R} times prod _ {p} mathbf {Z} _ {p} right) конец {выровнен}}}$

Ограниченная структура продукта становится прозрачной после просмотра явных элементов в этом кольце. Если взять рациональное число ${ displaystyle b / c in mathbf {Q}}$ мы нашли ${ displaystyle c = p_ {1} ^ {k_ {1}} cdots p_ {n} ^ {k_ {n}}}$. Для любого кортежа ${ displaystyle (a_ {p}) in mathbf {R} times { hat { mathbf {Z}}}}$ имеем следующую серию равенств

${ displaystyle { begin {align} left ({ frac {b} {c}} right) otimes (r, (a_ {p})) & = b otimes left ({ frac {r } {c}}, { frac {1} {c}} (a_ {p}) right) & = b otimes left ({ frac {r} {c}}, left ({ frac {a_ {p}} {c}} right) right) конец {выровнено}}}$

Тогда для любого ${ displaystyle p notin {p_ {1}, ldots, p_ {k} }}$ У нас все еще есть ${ displaystyle a_ {p} / c in mathbf {Z} _ {p}}$ за ${ displaystyle a_ {p} in mathbf {Z} _ {p}}$, но для ${ displaystyle p in {p_ {1}, ldots, p_ {k} }}$ ${ displaystyle a_ {p} / c in mathbf {Q} _ {p}}$ поскольку существует обратная степень ${ displaystyle p}$. Это показывает, что любой элемент в этом новом кольце аделей может иметь элемент в ${ displaystyle mathbf {Q} _ {p}}$ только в конечном множестве мест ${ displaystyle p}$.

Происхождение названия

В теории поля локальных классов центральную роль играет группа единиц локального поля. В теории глобального поля классов группа классов иделей берет на себя эту роль. Термин «иделе» (Французский: идель) - изобретение французского математика Клод Шевалле (1909–1984) и означает «идеальный элемент» (сокращенно: id.el.). Термин «адель» (Адель) обозначает аддитивный идель.

Идея кольца аделей состоит в том, чтобы рассматривать все дополнения ${ displaystyle K}$ однажды. На первый взгляд, декартово произведение может быть хорошим кандидатом. Однако кольцо аделей определяется с помощью ограниченного произведения. На это есть две причины:

• Для каждого элемента ${ displaystyle K}$ оценки равны нулю почти для всех мест, т. е. для всех мест, кроме конечного числа. Таким образом, глобальное поле может быть встроено в ограниченный продукт.

• Ограниченное произведение - это локально компактное пространство, а декартово произведение - нет. Следовательно, мы не можем применять гармонический анализ в декартово произведение.

Примеры

Кольцо аделей для рациональных чисел

Рациональные K =Q иметь оценку для каждого простого числа п, причем (K_ν, O_ν)=(Q_п,Z_п), и одна бесконечная оценка ∞ с Q_∞=р. Таким образом, элемент

${ displaystyle mathbf {A} _ { mathbf {Q}} = mathbf {R} times prod _ {p} ( mathbf {Q} _ {p}, mathbf {Z} _ { п})}$

это действительное число вместе с п-адический рациональный для каждого п из которых почти все, кроме конечного п-адические целые числа.

Кольцо аделей для функционального поля проективной прямой

Во-вторых, возьмем функциональное поле K =F_q(п¹)=F_q(т) из проективная линия над конечным полем. Его оценки соответствуют баллам Икс из Икс=п¹, т.е. карты над Spec F_q

${ displaystyle x : { text {Spec}} mathbf {F} _ {q ^ {n}} longrightarrow mathbf {P} ^ {1}.}$

Например, есть д + 1 точки вида SpecF_q → п¹. В этом случае О_ν= Ô_{Х, х} завершенный стебель структурная связка в Икс (т.е. функции в формальной окрестности Икс) и K_ν= K_{Х, х} - его поле дробей. Таким образом

${ Displaystyle mathbf {A} _ { mathbf {F} _ {q} ( mathbf {P} ^ {1})} = prod _ {x in X} ({ mathcal {K} } _ {X, x}, { widehat { mathcal {O}}} _ {X, x}).}$

То же самое верно для любой гладкой собственной кривой ИКС/F_q над конечным полем, причем ограниченное произведение по всем точкам x∈X.

Связанные понятия

Группа единиц в кольце аделей называется группа иделей

${ displaystyle I_ {K} = mathbf {A} _ {K} ^ { times}.}$

Фактор иделей по подгруппе K^×⊆Я_K называется группа классов иделей

${ displaystyle C_ {K} = I_ {K} / K ^ { times}.}$

В интегральные адели Подкольцо

${ displaystyle mathbf {O} _ {K} = prod O _ { nu} substeq mathbf {A} _ {K}.}$

Приложения

Заявление о взаимности Артина

В Закон взаимности Артина говорит, что для глобального поля K,

${ displaystyle { widehat {C_ {K}}} = { widehat { mathbf {A} _ {K} ^ { times} / K ^ { times}}} simeq { text {Gal }} (K ^ { text {ab}} / K)}$

куда K^ab является максимальным абелевым алгебраическим расширением K и ${ Displaystyle { widehat {( точки)}}}$ означает безграничное пополнение группы.

Даем адельную формулировку группы Пикара кривой

Если ИКС/F_q является гладкой собственной кривой, то ее Группа Пикард является^[2]

${ displaystyle { text {Pic}} (X) = K ^ { times} backslash mathbf {A} _ {X} ^ { times} / mathbf {O} _ {X} ^ { times}}$

и его группа дивизоров Div (X)=А_K^×/О_K^×. Аналогично, если грамм является полупростой алгебраической группой (например, SL_п, это также верно для GL_п) тогда Униформа Вайля Говорит, что^[3]

${ Displaystyle { текст {Bun}} _ {G} (X) = G (K) обратная косая черта G ( mathbf {A} _ {X}) / G ( mathbf {O} _ {X} ).}$

Применяя это к G =грамм_м дает результат на группе Пикара.

Тезис Тейта

Есть топология на А_K для которого частное А_K/K компактен, что позволяет проводить на нем гармонический анализ. Джон Тейт в своей диссертации «Анализ Фурье в числовых полях и дзета-функциях Геккеса»^[4] доказал результаты о L-функциях Дирихле с помощью анализа Фурье на кольце аделей и группе иделей. Таким образом, кольцо аделей и группа иделей были применены для изучения дзета-функции Римана и более общих дзета-функций и L-функций.

Доказательство двойственности Серра на гладкой кривой

Если Икс гладкая собственная кривая над комплексными числами, можно определить адели его функционального поля C(Икс) точно так же, как и в случае конечных полей. Джон Тейт доказано^[5] который Двойственность Серра на Икс

${ Displaystyle H ^ {1} (X, { mathcal {L}}) simeq H ^ {0} (X, Omega _ {X} otimes { mathcal {L}} ^ {- 1 }) ^ {*}}$

можно вывести, работая с этим кольцом аделей А_C(Икс). Здесь L это линейный пакет на Икс.

Обозначения и основные определения

Глобальные поля

В этой статье ${ displaystyle K}$ это глобальное поле, что означает, что это либо числовое поле (конечное расширение ${ displaystyle mathbb {Q}}$) или поле глобальной функции (конечное расширение ${ Displaystyle mathbb {F} _ {p ^ {r}} (т)}$ за ${ displaystyle p}$ премьер и ${ Displaystyle г в mathbb {N}}$). По определению конечное расширение глобального поля само является глобальным полем.

Оценки

Для оценка ${ displaystyle v}$ из ${ displaystyle K}$ мы пишем ${ displaystyle K_ {v}}$ для завершения ${ displaystyle K}$ относительно ${ displaystyle v.}$ Если ${ displaystyle v}$ дискретно пишем ${ displaystyle O_ {v}}$ для оценочного кольца ${ displaystyle K_ {v}}$ и ${ displaystyle { mathfrak {m}} _ {v}}$ для максимального идеала ${ displaystyle O_ {v}.}$ Если это главный идеал, то обозначим униформизирующий элемент через ${ displaystyle pi _ {v}.}$ Неархимедова оценка записывается как ${ Displaystyle v < infty}$ или же ${ displaystyle v nmid infty}$ и оценка Архимеда как ${ displaystyle v | infty.}$ Мы предполагаем, что все оценки нетривиальны.

Существует взаимно однозначная идентификация оценок и абсолютных значений. Исправьте константу ${ displaystyle C> 1,}$ оценка ${ displaystyle v}$ присваивается абсолютное значение ${ displaystyle | cdot | _ {v},}$ определяется как:

${ displaystyle forall x in K: quad | x | _ {v}: = { begin {cases} C ^ {- v (x)} & x neq 0 0 & x = 0 end {cases} }}$

И наоборот, абсолютное значение ${ displaystyle | cdot |}$ присвоена оценка ${ displaystyle v_ {| cdot |},}$ определяется как:

${ displaystyle forall x in K ^ { times}: quad v_ {| cdot |} (x): = - log _ {C} (| x |).}$

А место из ${ displaystyle K}$ является представителем класса эквивалентности оценки (или абсолютные значения) ${ displaystyle K.}$ Места, соответствующие неархимедовым оценкам, называются конечными, тогда как места, соответствующие архимедовым оценкам, называются бесконечными. Множество бесконечных мест глобального поля конечно, обозначим это множество через ${ displaystyle P _ { infty}.}$

Определять ${ displaystyle textstyle { widehat {O}}: = prod _ {v < infty} O_ {v}}$ и разреши ${ displaystyle { widehat {O}} ^ { times}}$ быть его группой единиц. потом ${ displaystyle textstyle { widehat {O}} ^ { times} = prod _ {v < infty} O_ {v} ^ { times}.}$

Конечные расширения

Позволять ${ displaystyle L / K}$ - конечное расширение глобального поля ${ displaystyle K.}$ Позволять ${ displaystyle w}$ быть местом ${ displaystyle L}$ и ${ displaystyle v}$ место ${ displaystyle K.}$ Мы говорим ${ displaystyle w}$ лежит выше ${ displaystyle v,}$ обозначается ${ displaystyle w | v,}$ если абсолютное значение ${ displaystyle | cdot | _ {w}}$ ограниченный ${ displaystyle K}$ находится в классе эквивалентности ${ displaystyle v.}$ Определять

${ displaystyle { begin {align} L_ {v} &: = prod _ {w | v} L_ {w}, { widetilde {O_ {v}}} &: = prod _ {w | v} O_ {w}. end {align}}}$

Обратите внимание, что оба продукта конечны.

Если ${ displaystyle w | v}$ мы можем встроить ${ displaystyle K_ {v}}$ в ${ displaystyle L_ {w}.}$ Следовательно, мы можем вставить ${ displaystyle K_ {v}}$ по диагонали в ${ displaystyle L_ {v}.}$ С этим вложением ${ displaystyle L_ {v}}$ коммутативная алгебра над ${ displaystyle K_ {v}}$ со степенью

${ displaystyle sum _ {w | v} [L_ {w}: K_ {v}] = [L: K].}$

Кольцо аделей

Набор конечные адели глобального поля ${ displaystyle K,}$ обозначенный ${ displaystyle mathbb {A} _ {K, { text {fin}}},}$ определяется как ограниченный продукт ${ displaystyle K_ {v}}$ с уважением к ${ displaystyle O_ {v}:}$

${ displaystyle mathbb {A} _ {K, { text {fin}}}: = { prod _ {v < infty}} ^ {'} K_ {v} = left { left. ( x_ {v}) _ {v} in prod _ {v < infty} K_ {v} right | x_ {v} in O_ {v} { text {почти для всех}} v right }.}$

Он снабжен топологией ограниченного продукта, топологией, создаваемой ограниченными открытыми прямоугольниками, которые имеют следующий вид:

${ Displaystyle U = prod _ {v in E} U_ {v} times prod _ {v notin E} O_ {v} subset { prod _ {v < infty}} ^ {'} К_ {v},}$

куда ${ displaystyle E}$ - конечное множество (конечных) мест и ${ Displaystyle U_ {v} подмножество K_ {v}}$ открыты. С покомпонентным сложением и умножением ${ displaystyle mathbb {A} _ {K, { text {fin}}}}$ тоже кольцо.

В кольцо аделей глобального поля ${ displaystyle K}$ определяется как продукт ${ displaystyle mathbb {A} _ {K, { text {fin}}}}$ с продуктом доработок ${ displaystyle K}$ в его бесконечных местах. Число бесконечных мест конечно, а пополнения либо ${ Displaystyle mathbb {R}}$ или же ${ displaystyle mathbb {C}.}$ Короче:

${ displaystyle mathbb {A} _ {K}: = mathbb {A} _ {K, { text {fin}}} times prod _ {v | infty} K_ {v} = { prod _ {v < infty}} ^ {'} K_ {v} times prod _ {v | infty} K_ {v}.}$

Если сложение и умножение определены как покомпонентно, кольцо аделей является кольцом. Элементы кольца аделей называются адели ${ displaystyle K.}$ Далее мы пишем

${ displaystyle mathbb {A} _ {K} = { prod _ {v}} ^ {'} K_ {v},}$

хотя обычно это не ограниченный продукт.

Замечание. Поля глобальных функций не имеют бесконечных мест, и поэтому конечное кольцо аделей равно кольцу аделей.

Лемма. Есть естественное вложение ${ displaystyle K}$ в ${ displaystyle mathbb {A} _ {K}}$ задано диагональной картой: ${ displaystyle a mapsto (a, a, ldots).}$

Доказательство. Если ${ displaystyle a in K,}$ тогда ${ displaystyle a in O_ {v} ^ { times}}$ почти для всех ${ displaystyle v.}$ Это показывает, что карта четко определена. Это также инъективно, потому что вложение ${ displaystyle K}$ в ${ displaystyle K_ {v}}$ инъективен для всех ${ displaystyle v.}$

Замечание. Определив ${ displaystyle K}$ с изображением под диагональной картой мы рассматриваем его как подкольцо ${ displaystyle mathbb {A} _ {K}.}$ Элементы ${ displaystyle K}$ называются главные адели из ${ displaystyle mathbb {A} _ {K}.}$

Определение. Позволять ${ displaystyle S}$ быть набором мест ${ displaystyle K.}$ Определить набор ${ displaystyle S}$-адель ${ displaystyle K}$ в качестве

${ displaystyle mathbb {A} _ {K, S}: = { prod _ {v in S}} ^ {'} K_ {v}.}$

Кроме того, если мы определим

${ displaystyle mathbb {A} _ {K} ^ {S}: = { prod _ {v notin S}} ^ {'} K_ {v}}$

у нас есть: ${ displaystyle mathbb {A} _ {K} = mathbb {A} _ {K, S} times mathbb {A} _ {K} ^ {S}.}$

Кольцо аделей рациональных чисел

К Теорема Островского места ${ displaystyle mathbb {Q}}$ находятся ${ displaystyle {p in mathbb {N}: p { text {prime}} } cup { infty },}$ где мы определяем простое число ${ displaystyle p}$ с классом эквивалентности ${ displaystyle p}$-адическая абсолютная величина и ${ displaystyle infty}$ с классом эквивалентности модуля ${ displaystyle | cdot | _ { infty}}$ определяется как:

${ displaystyle forall x in mathbb {Q}: quad | x | _ { infty}: = { begin {cases} x & x geq 0 - x & x <0 end {cases}}}$

Завершение ${ displaystyle mathbb {Q}}$ по отношению к месту ${ displaystyle p}$ является ${ displaystyle mathbb {Q} _ {p}}$ с оценочным кольцом ${ displaystyle mathbb {Z} _ {p}.}$ Для места ${ displaystyle infty}$ завершение ${ displaystyle mathbb {R}.}$ Таким образом:

${ displaystyle { begin {align} mathbb {A} _ { mathbb {Q}, { text {fin}}} & = { prod _ {p < infty}} ^ {'} mathbb { Q} _ {p} mathbb {A} _ { mathbb {Q}} & = left ({ prod _ {p < infty}} ^ {'} mathbb {Q} _ {p} right) times mathbb {R} end {align}}}$

Или для краткости

${ displaystyle mathbb {A} _ { mathbb {Q}} = { prod _ {p leq infty}} ^ {'} mathbb {Q} _ {p}, qquad mathbb {Q} _ { infty}: = mathbb {R}.}$

Мы проиллюстрируем разницу между ограниченной и неограниченной топологией продукта, используя последовательность в ${ displaystyle mathbb {A} _ { mathbb {Q}}}$:

Лемма. Рассмотрим следующую последовательность в ${ displaystyle mathbb {A} _ { mathbb {Q}}}$:

${ displaystyle { begin {align} x_ {1} & = left ({ frac {1} {2}}, 1,1, ldots right) x_ {2} & = left (1 , { frac {1} {3}}, 1, ldots right) x_ {3} & = left (1,1, { frac {1} {5}}, 1, ldots справа) x_ {4} & = left (1,1,1, { frac {1} {7}}, 1, ldots right) & vdots end {align}}}$

В топологии продукта он сходится к ${ displaystyle (1,1, ldots).}$ Он не сходится в ограниченной топологии продукта.

Доказательство. В топологии продукта сходимость соответствует сходимости по каждой координате, которая тривиальна, поскольку последовательности становятся стационарными. Последовательность не сходится в ограниченной топологии продукта для каждой адели ${ displaystyle a = (a_ {p}) _ {p} in mathbb {A} _ { mathbb {Q}}}$ и для каждого ограниченного открытого прямоугольника ${ displaystyle textstyle U = prod _ {p in E} U_ {p} times prod _ {p notin E} mathbb {Z} _ {p},}$ у нас есть: ${ displaystyle { tfrac {1} {p}} - a_ {p} notin mathbb {Z} _ {p}}$ за ${ displaystyle a_ {p} in mathbb {Z} _ {p}}$ и поэтому ${ displaystyle { tfrac {1} {p}} - a_ {p} notin mathbb {Z} _ {p}}$ для всех ${ displaystyle p notin F.}$ Как результат ${ displaystyle x_ {n} -a notin U}$ почти для всех ${ Displaystyle п in mathbb {N}.}$ В связи с этим ${ displaystyle E}$ и ${ displaystyle F}$ - конечные подмножества множества всех мест.

Альтернативное определение числовых полей

Определение (проконечные целые числа ). Мы определяем проконечные целые числа как бесконечное завершение колец ${ Displaystyle mathbb {Z} / п mathbb {Z}}$ с частичным порядком ${ displaystyle n geq m Leftrightarrow m | n,}$ т.е.

${ displaystyle { widehat { mathbb {Z}}}: = varprojlim _ {n} mathbb {Z} / n mathbb {Z},}$

Лемма. ${ displaystyle textstyle { widehat { mathbb {Z}}} cong prod _ {p} mathbb {Z} _ {p}.}$

Доказательство. Это следует из китайской теоремы об остатках.

Лемма. ${ displaystyle mathbb {A} _ { mathbb {Q}, { text {fin}}} = { widehat { mathbb {Z}}} otimes _ { mathbb {Z}} mathbb {Q }.}$

Доказательство. Воспользуемся универсальным свойством тензорного произведения. Определить ${ Displaystyle mathbb {Z}}$-билинейная функция

${ displaystyle { begin {cases} Psi: { widehat { mathbb {Z}}} times mathbb {Q} to mathbb {A} _ { mathbb {Q}, { text {fin }}} left ((a_ {p}) _ {p}, q right) mapsto (a_ {p} q) _ {p} end {case}}}$

Это хорошо определено, потому что для данного ${ displaystyle q = { tfrac {m} {n}} in mathbb {Q}}$ с ${ displaystyle m, n}$ co-prime есть только конечное число простых чисел, делящих ${ displaystyle n.}$ Позволять ${ displaystyle M}$ быть другим ${ Displaystyle mathbb {Z}}$-модуль с ${ Displaystyle mathbb {Z}}$-билинейная карта ${ displaystyle Phi: { widehat { mathbb {Z}}} times mathbb {Q} to M.}$ Мы должны показать ${ displaystyle Phi}$ факторы через ${ displaystyle Psi}$ однозначно, т.е. существует единственное ${ Displaystyle mathbb {Z}}$-линейная карта ${ displaystyle { tilde { Phi}}: mathbb {A} _ { mathbb {Q}, { text {fin}}} to M}$ такой, что ${ displaystyle Phi = { tilde { Phi}} circ Psi.}$ Мы определяем ${ displaystyle { tilde { Phi}}}$ следующим образом: для данного ${ displaystyle (u_ {p}) _ {p}}$ существуют ${ Displaystyle и в mathbb {N}}$ и ${ displaystyle (v_ {p}) _ {p} in { widehat { mathbb {Z}}}}$ такой, что ${ displaystyle u_ {p} = { tfrac {1} {u}} cdot v_ {p}}$ для всех ${ displaystyle p.}$ Определять ${ Displaystyle { тильда { Phi}} ((u_ {p}) _ {p}): = Phi ((v_ {p}) _ {p}, { tfrac {1} {u}}) .}$ Можно показать ${ displaystyle { tilde { Phi}}}$ четко определено, ${ Displaystyle mathbb {Z}}$-линейный, удовлетворяет ${ Displaystyle Phi = { тильда { Phi}} circ Psi}$ и уникален этими свойствами.

Следствие. Определять ${ displaystyle mathbb {A} _ { mathbb {Z}}: = { widehat { mathbb {Z}}} times mathbb {R}.}$ Тогда мы имеем алгебраический изоморфизм ${ displaystyle mathbb {A} _ { mathbb {Q}} cong mathbb {A} _ { mathbb {Z}} otimes _ { mathbb {Z}} mathbb {Q}.}$

Доказательство. ${ displaystyle mathbb {A} _ { mathbb {Z}} otimes _ { mathbb {Z}} mathbb {Q} = left ({ widehat { mathbb {Z}}} times mathbb {R} right) otimes _ { mathbb {Z}} mathbb {Q} cong left ({ widehat { mathbb {Z}}} otimes _ { mathbb {Z}} mathbb { Q} right) times ( mathbb {R} otimes _ { mathbb {Z}} mathbb {Q}) cong left ({ widehat { mathbb {Z}}} otimes _ { mathbb {Z}} mathbb {Q} right) times mathbb {R} = mathbb {A} _ { mathbb {Q}, { text {fin}}} times mathbb {R} = mathbb {A} _ { mathbb {Q}}.}$

Лемма. Для числового поля ${ displaystyle K, mathbb {A} _ {K} = mathbb {A} _ { mathbb {Q}} otimes _ { mathbb {Q}} K.}$

Замечание. С помощью ${ displaystyle mathbb {A} _ { mathbb {Q}} otimes _ { mathbb {Q}} K cong mathbb {A} _ { mathbb {Q}} oplus dots oplus mathbb {A} _ { mathbb {Q}},}$ где есть ${ Displaystyle [К: mathbb {Q}]}$ слагаемых, мы задаем топологию произведения в правой части и переносим эту топологию через изоморфизм на ${ displaystyle mathbb {A} _ { mathbb {Q}} otimes _ { mathbb {Q}} K.}$

Кольцо аделей конечного расширения

Если ${ displaystyle L / K}$ - конечное расширение, то ${ displaystyle L}$ является глобальным полем и, следовательно, ${ displaystyle mathbb {A} _ {L}}$ определяется и ${ displaystyle textstyle mathbb {A} _ {L} = { prod _ {v}} ^ {'} L_ {v}.}$ Мы утверждаем ${ displaystyle mathbb {A} _ {K}}$ можно отождествить с подгруппой ${ displaystyle mathbb {A} _ {L}.}$ карта ${ displaystyle a = (a_ {v}) _ {v} in mathbb {A} _ {K}}$ к ${ displaystyle a '= (a' _ {w}) _ {w} in mathbb {A} _ {L}}$ куда ${ displaystyle a '_ {w} = a_ {v} in K_ {v} subset L_ {w}}$ за ${ displaystyle w | v.}$ потом ${ displaystyle a = (a_ {w}) _ {w} in mathbb {A} _ {L}}$ находится в подгруппе ${ displaystyle mathbb {A} _ {K},}$ если ${ displaystyle a_ {w} in K_ {v}}$ за ${ displaystyle w | v}$ и ${ displaystyle a_ {w} = a_ {w '}}$ для всех ${ Displaystyle ш, ш '}$ лежащий над тем же местом ${ displaystyle v}$ из ${ displaystyle K.}$

Лемма. Если ${ displaystyle L / K}$ является конечным расширением, то ${ displaystyle mathbb {A} _ {L} cong mathbb {A} _ {K} otimes _ {K} L}$ как алгебраически, так и топологически.

С помощью этого изоморфизма включение ${ Displaystyle mathbb {A} _ {K} subset mathbb {A} _ {L}}$ дан кем-то

${ displaystyle { begin {cases} mathbb {A} _ {K} to mathbb {A} _ {L} alpha mapsto alpha otimes _ {K} 1 end {cases}} }$

Кроме того, главные адели в ${ displaystyle mathbb {A} _ {K}}$ можно отождествить с подгруппой главных аделей в ${ displaystyle mathbb {A} _ {L}}$ через карту

${ displaystyle { begin {cases} K to (K otimes _ {K} L) cong L alpha mapsto 1 otimes _ {K} alpha end {cases}}}$

Доказательство.^[6] Позволять ${ displaystyle omega _ {1}, ldots, omega _ {n}}$ быть основой ${ displaystyle L}$ над ${ displaystyle K.}$ Тогда почти для всех ${ displaystyle v,}$

${ displaystyle { widetilde {O_ {v}}} cong O_ {v} omega _ {1} oplus cdots oplus O_ {v} omega _ {n}.}$

Кроме того, существуют следующие изоморфизмы:

${ displaystyle K_ {v} omega _ {1} oplus cdots oplus K_ {v} omega _ {n} cong K_ {v} otimes _ {K} L cong L_ {v} = prod nolimits _ {w | v} L_ {w}}$

Для второго мы использовали карту:

${ displaystyle { begin {cases} K_ {v} otimes _ {K} L to L_ {v} alpha _ {v} otimes a mapsto ( alpha _ {v} cdot ( тау _ {ш} (а))) _ {ш} end {case}}}$

в котором ${ displaystyle tau _ {w}: от L до L_ {w}}$ каноническое вложение и ${ displaystyle w | v.}$ Мы берем на себя обе стороны ограниченный продукт в отношении ${ displaystyle { widetilde {O_ {v}}}:}$

${ displaystyle { begin {align} mathbb {A} _ {K} otimes _ {K} L & = left ({ prod _ {v}} ^ {'} K_ {v} right) otimes _ {K} L & cong { prod _ {v}} ^ {'} (K_ {v} omega _ {1} oplus cdots oplus K_ {v} omega _ {n}) & cong { prod _ {v}} ^ {'} (K_ {v} otimes _ {K} L) & cong { prod _ {v}} ^ {'} L_ {v } & = mathbb {A} _ {L} end {align}}}$

Следствие. Как аддитивные группы ${ displaystyle mathbb {A} _ {L} cong mathbb {A} _ {K} oplus cdots oplus mathbb {A} _ {K},}$ где правая сторона ${ displaystyle [L: K]}$ слагаемые.

Множество главных аделей в ${ displaystyle mathbb {A} _ {L}}$ отождествляется с множеством ${ Displaystyle K oplus cdots oplus K,}$ где на левой стороне ${ displaystyle [L: K]}$ слагаемые и мы рассматриваем ${ displaystyle K}$ как подмножество ${ displaystyle mathbb {A} _ {K}.}$

Кольцо аделей векторных пространств и алгебр

Лемма. Предполагать ${ Displaystyle P supset P _ { infty}}$ конечное множество мест ${ displaystyle K}$ и определить

${ displaystyle mathbb {A} _ {K} (P): = prod _ {v in P} K_ {v} times prod _ {v notin P} O_ {v}.}$

Оборудовать ${ Displaystyle mathbb {A} _ {K} (P)}$ с топологией продукта и определите компонентное сложение и умножение. потом ${ Displaystyle mathbb {A} _ {K} (P)}$ является локально компактным топологическим кольцом.

Замечание. Если ${ displaystyle P '}$ это еще один конечный набор мест ${ displaystyle K}$ содержащий ${ displaystyle P}$ тогда ${ Displaystyle mathbb {A} _ {K} (P)}$ открытое подкольцо ${ displaystyle mathbb {A} _ {K} (P ').}$

Теперь мы можем дать альтернативную характеристику кольца аделей. Кольцо аделей - это объединение всех множеств ${ Displaystyle mathbb {A} _ {K} (P)}$:

${ displaystyle mathbb {A} _ {K} = bigcup _ {P supset P _ { infty}, | P | < infty} mathbb {A} _ {K} (P).}$

Эквивалентно ${ displaystyle mathbb {A} _ {K}}$ это набор всех ${ displaystyle x = (x_ {v}) _ {v}}$ так что ${ displaystyle | x_ {v} | _ {v} leq 1}$ почти для всех ${ displaystyle v < infty.}$ Топология ${ displaystyle mathbb {A} _ {K}}$ индуцируется требованием, чтобы все ${ Displaystyle mathbb {A} _ {K} (P)}$ быть открытыми подразделениями ${ displaystyle mathbb {A} _ {K}.}$ Таким образом, ${ displaystyle mathbb {A} _ {K}}$ является локально компактным топологическим кольцом.

Исправить место ${ displaystyle v}$ из ${ displaystyle K.}$ Позволять ${ displaystyle P}$ быть конечным множеством мест ${ displaystyle K,}$ содержащий ${ displaystyle v}$ и ${ displaystyle P _ { infty}.}$ Определять

${ Displaystyle mathbb {A} _ {K} '(P, v): = prod _ {w in P setminus {v }} K_ {w} times prod _ {w notin P } O_ {w}.}$

Потом:

${ displaystyle mathbb {A} _ {K} (P) cong K_ {v} times mathbb {A} _ {K} '(P, v).}$

Кроме того, определим

${ displaystyle mathbb {A} _ {K} '(v): = bigcup _ {P supset P _ { infty} cup {v }} mathbb {A} _ {K}' (P , v),}$

куда ${ displaystyle P}$ пробегает все конечные множества, содержащие ${ displaystyle P _ { infty} cup {v }.}$ Потом:

${ Displaystyle mathbb {A} _ {K} cong K_ {v} times mathbb {A} _ {K} '(v),}$

через карту ${ displaystyle (a_ {w}) _ {w} mapsto (a_ {v}, (a_ {w}) _ {w neq v}).}$ Вся описанная выше процедура выполняется с конечным подмножеством ${ displaystyle { widetilde {P}}}$ вместо ${ displaystyle {v }.}$

По построению ${ Displaystyle mathbb {A} _ {K} '(v),}$ есть естественное вложение: ${ displaystyle K_ {v} hookrightarrow mathbb {A} _ {K}.}$ Кроме того, существует естественная проекция ${ displaystyle mathbb {A} _ {K} twoheadrightarrow K_ {v}.}$

Кольцо аделей векторного пространства

Позволять ${ displaystyle E}$ - конечномерное векторное пространство над ${ displaystyle K}$ и ${ displaystyle { omega _ {1}, ldots, omega _ {n} }}$ основа для ${ displaystyle E}$ над ${ displaystyle K.}$ Для каждого места ${ displaystyle v}$ из ${ displaystyle K,}$ мы пишем:

${ displaystyle { begin {align} E_ {v} &: = E otimes _ {K} K_ {v} cong K_ {v} omega _ {1} oplus cdots oplus K_ {v} omega _ {n} { widetilde {O_ {v}}} &: = O_ {v} omega _ {1} oplus cdots oplus O_ {v} omega _ {n} end {выровнено }}}$

Определим кольцо аделей ${ displaystyle E}$ в качестве

${ displaystyle mathbb {A} _ {E}: = { prod _ {v}} ^ {'} E_ {v}.}$

Это определение основано на альтернативном описании кольца аделей как тензорного произведения, снабженного той же топологией, которую мы определили, давая альтернативное определение кольца аделей для числовых полей. Обустраиваем ${ displaystyle mathbb {A} _ {E}}$ с ограниченной топологией продукта. потом ${ displaystyle mathbb {A} _ {E} = E otimes _ {K} mathbb {A} _ {K}}$ и мы можем встроить ${ displaystyle E}$ в ${ displaystyle mathbb {A} _ {E}}$ естественно через карту ${ displaystyle e mapsto e otimes 1.}$

Дадим альтернативное определение топологии на ${ displaystyle mathbb {A} _ {E}.}$ Рассмотрим все линейные карты: ${ displaystyle E to K.}$ Используя естественные вложения ${ displaystyle E to mathbb {A} _ {E}}$ и ${ displaystyle K to mathbb {A} _ {K},}$ расширить эти линейные карты до: ${ displaystyle mathbb {A} _ {E} to mathbb {A} _ {K}.}$ Топология на ${ displaystyle mathbb {A} _ {E}}$ - самая грубая топология, для которой все эти расширения непрерывны.

Мы можем определить топологию по-другому. Крепление основы для ${ displaystyle E}$ над ${ displaystyle K}$ приводит к изоморфизму ${ Displaystyle E cong K ^ {n}.}$ Поэтому фиксация базиса индуцирует изоморфизм ${ displaystyle ( mathbb {A} _ {K}) ^ {n} cong mathbb {A} _ {E}.}$ Мы снабжаем левую часть топологией произведения и переносим эту топологию с изоморфизмом в правую часть. Топология не зависит от выбора базиса, потому что другой базис определяет второй изоморфизм. Составляя оба изоморфизма, мы получаем линейный гомеоморфизм, который переводит две топологии друг в друга. Более формально

${ displaystyle { begin {align} mathbb {A} _ {E} & = E otimes _ {K} mathbb {A} _ {K} & cong (K otimes _ {K} mathbb {A} _ {K}) oplus cdots oplus (K otimes _ {K} mathbb {A} _ {K}) & cong mathbb {A} _ {K} oplus cdots oplus mathbb {A} _ {K} end {выровнены}}}$

где у сумм ${ displaystyle n}$ слагаемые. В случае ${ Displaystyle E = L,}$ приведенное выше определение согласуется с результатами об аделевом кольце конечного расширения ${ displaystyle L / K.}$

^[7]

Кольцо аделей алгебры

Позволять ${ displaystyle A}$ - конечномерная алгебра над ${ displaystyle K.}$ Особенно, ${ displaystyle A}$ является конечномерным векторным пространством над ${ displaystyle K.}$ Как следствие, ${ displaystyle mathbb {A} _ {A}}$ определяется и ${ displaystyle mathbb {A} _ {A} cong mathbb {A} _ {K} otimes _ {K} A.}$ Поскольку у нас есть умножение на ${ displaystyle mathbb {A} _ {K}}$ и ${ displaystyle A,}$ мы можем определить умножение на ${ displaystyle mathbb {A} _ {A}}$ через:

${ displaystyle forall alpha, beta in mathbb {A} _ {K} { text {and}} forall a, b in A: qquad ( alpha otimes _ {K} a) cdot ( beta otimes _ {K} b): = ( alpha beta) otimes _ {K} (ab).}$

Как следствие, ${ displaystyle mathbb {A} _ {A}}$ является алгеброй с единицей над ${ displaystyle mathbb {A} _ {K}.}$ Позволять ${ displaystyle { mathcal {B}}}$ быть конечным подмножеством ${ displaystyle A,}$ содержащий основу для ${ displaystyle A}$ над ${ displaystyle K.}$ Для любого конечного места ${ displaystyle v}$ мы определяем ${ displaystyle M_ {v}}$ как ${ displaystyle O_ {v}}$-модуль, созданный ${ displaystyle { mathcal {B}}}$ в ${ displaystyle A_ {v}.}$ Для каждого конечного набора мест ${ Displaystyle P supset P _ { infty},}$ мы определяем

${ displaystyle mathbb {A} _ {A} (P, alpha) = prod _ {v in P} A_ {v} times prod _ {v notin P} M_ {v}.}$

Можно показать, что существует конечное множество ${ displaystyle P_ {0},}$ так что ${ displaystyle mathbb {A} _ {A} (P, alpha)}$ это открытое подкольцо ${ displaystyle mathbb {A} _ {A},}$ если ${ displaystyle P supset P_ {0}.}$ более того ${ displaystyle mathbb {A} _ {A}}$ является объединением всех этих подколец и для ${ displaystyle A = K,}$ приведенное выше определение согласуется с определением кольца аделей.

След и норма на кольце аделей

Позволять ${ displaystyle L / K}$ - конечное расширение. С ${ Displaystyle mathbb {A} _ {K} = mathbb {A} _ {K} otimes _ {K} K}$ и ${ displaystyle mathbb {A} _ {L} = mathbb {A} _ {K} otimes _ {K} L}$ из леммы выше мы можем интерпретировать ${ displaystyle mathbb {A} _ {K}}$ как закрытое подкольцо ${ displaystyle mathbb {A} _ {L}.}$ Мы пишем ${ displaystyle operatorname {con} _ {L / K}}$ для этого вложения. Явно для всех мест ${ displaystyle w}$ из ${ displaystyle L}$ над ${ displaystyle v}$ и для любого ${ displaystyle alpha in mathbb {A} _ {K}, ( operatorname {con} _ {L / K} ( alpha)) _ {w} = alpha _ {v} in K_ {v }.}$

Позволять ${ Displaystyle M / L / K}$ быть башней глобальных полей. Потом:

${ displaystyle operatorname {con} _ {M / K} ( alpha) = operatorname {con} _ {M / L} ( operatorname {con} _ {L / K} ( alpha)) qquad forall alpha in mathbb {A} _ {K}.}$

Кроме того, ограничиваясь главными аделями ${ displaystyle operatorname {con}}$ это естественная инъекция ${ displaystyle K to L.}$

Позволять ${ displaystyle { omega _ {1}, ldots, omega _ {n} }}$ быть основой расширения поля ${ displaystyle L / K.}$ Тогда каждый ${ displaystyle alpha in mathbb {A} _ {L}}$ можно записать как ${ displaystyle textstyle sum _ {j = 1} ^ {n} alpha _ {j} omega _ {j},}$ куда ${ displaystyle alpha _ {j} in mathbb {A} _ {K}}$ уникальны. Карта ${ displaystyle alpha mapsto alpha _ {j}}$ непрерывно. Мы определяем ${ displaystyle alpha _ {ij},}$ в зависимости от ${ displaystyle alpha,}$ через уравнения:

${ displaystyle { begin {align} alpha omega _ {1} & = sum _ {j = 1} ^ {n} alpha _ {1j} omega _ {j} & vdots alpha omega _ {n} & = sum _ {j = 1} ^ {n} alpha _ {nj} omega _ {j} end {выровнено}}}$

Теперь определим след и норму ${ displaystyle alpha}$ в качестве:

${ displaystyle { begin {align} operatorname {Tr} _ {L / K} ( alpha) &: = operatorname {Tr} (( alpha _ {ij}) _ {i, j}) = сумма _ {i = 1} ^ {n} alpha _ {ii} N_ {L / K} ( alpha) &: = N (( alpha _ {ij}) _ {i, j}) = det (( alpha _ {ij}) _ {i, j}) end {align}}}$

Это след и определитель линейного отображения

${ displaystyle { begin {cases} mathbb {A} _ {L} to mathbb {A} _ {L} x mapsto alpha x end {cases}}}$

Это непрерывные отображения на кольце аделей, и они удовлетворяют обычным уравнениям:

${ displaystyle { begin {align} operatorname {Tr} _ {L / K} ( alpha + beta) & = operatorname {Tr} _ {L / K} ( alpha) + operatorname {Tr} _ {L / K} ( beta) && forall alpha, beta in mathbb {A} _ {L} operatorname {Tr} _ {L / K} ( operatorname {con} ( альфа)) & = n alpha && forall alpha in mathbb {A} _ {K} N_ {L / K} ( alpha beta) & = N_ {L / K} ( alpha) N_ {L / K} ( beta) && forall alpha, beta in mathbb {A} _ {L} N_ {L / K} ( operatorname {con} ( alpha)) & = alpha ^ {n} && forall alpha in mathbb {A} _ {K} end {align}}}$

Кроме того, для ${ displaystyle alpha in L,}$${ displaystyle operatorname {Tr} _ {L / K} ( alpha)}$ и ${ Displaystyle N_ {Л / К} ( альфа)}$ идентичны следу и норме расширения поля ${ displaystyle L / K.}$ Для башни полей ${ displaystyle M / L / K,}$ у нас есть:

${ displaystyle { begin {align} operatorname {Tr} _ {L / K} ( operatorname {Tr} _ {M / L} ( alpha)) & = operatorname {Tr} _ {M / K} ( alpha) && forall alpha in mathbb {A} _ {M} N_ {L / K} (N_ {M / L} ( alpha)) & = N_ {M / K} ( альфа) && forall alpha in mathbb {A} _ {M} end {выровнено}}}$

Более того, можно доказать, что:^[8]

${ displaystyle { begin {align} operatorname {Tr} _ {L / K} ( alpha) & = left ( sum _ {w | v} operatorname {Tr} _ {L_ {w} / K_ {v}} ( alpha _ {w}) right) _ {v} && forall alpha in mathbb {A} _ {L} N_ {L / K} ( alpha) & = left ( prod _ {w | v} N_ {L_ {w} / K_ {v}} ( alpha _ {w}) right) _ {v} && forall alpha in mathbb {A} _ {L} end {выровнено}}}$

Свойства кольца аделей

Теорема.^[9] Для каждого набора мест ${ Displaystyle S, mathbb {A} _ {K, S}}$ является локально компактным топологическим кольцом.

Замечание. Приведенный выше результат верен также для кольца аделей векторных пространств и алгебр над ${ displaystyle K.}$

Теорема.^[10] ${ displaystyle K}$ дискретна и компактна в ${ displaystyle mathbb {A} _ {K}.}$ Особенно, ${ displaystyle K}$ закрыт в ${ displaystyle mathbb {A} _ {K}.}$

Доказательство. Докажем случай ${ displaystyle K = mathbb {Q}.}$ Показывать ${ displaystyle mathbb {Q} subset mathbb {A} _ { mathbb {Q}}}$ дискретно, достаточно показать существование окрестности точки ${ displaystyle 0}$ который не содержит другого рационального числа. Общий случай следует через перевод. Определять

${ Displaystyle U: = left {( alpha _ {p}) _ {p} left | forall p < infty: | alpha _ {p} | _ {p} leq 1 quad { text {and}} quad | alpha _ { infty} | _ { infty} <1 right. right } = { widehat { mathbb {Z}}} times (-1,1 ).}$

${ displaystyle U}$ открытый район ${ displaystyle 0 in mathbb {A} _ { mathbb {Q}}.}$ Мы утверждаем ${ Displaystyle U cap mathbb {Q} = {0 }.}$ Позволять ${ Displaystyle бета в U cap mathbb {Q},}$ тогда ${ displaystyle beta in mathbb {Q}}$ и ${ displaystyle | beta | _ {p} leq 1}$ для всех ${ displaystyle p}$ и поэтому ${ displaystyle beta in mathbb {Z}.}$ Дополнительно у нас есть ${ Displaystyle бета в (-1,1)}$ и поэтому ${ displaystyle beta = 0.}$ Далее покажем компактность, определим:

${ Displaystyle W: = left {( alpha _ {p}) _ {p} left | forall p < infty: | alpha _ {p} | _ {p} leq 1 quad { text {and}} quad | alpha _ { infty} | _ { infty} leq { frac {1} {2}} right. right } = { widehat { mathbb {Z }}} times left [- { frac {1} {2}}, { frac {1} {2}} right].}$

Мы показываем каждый элемент в ${ Displaystyle mathbb {А} _ { mathbb {Q}} / mathbb {Q}}$ имеет представителя в ${ displaystyle W,}$ это для каждого ${ displaystyle alpha in mathbb {A} _ { mathbb {Q}},}$ Существует ${ displaystyle beta in mathbb {Q}}$ такой, что ${ displaystyle alpha - beta in W.}$ Позволять ${ displaystyle alpha = ( alpha _ {p}) _ {p} in mathbb {A} _ { mathbb {Q}},}$ быть произвольным и ${ displaystyle p}$ быть основным для которого ${ displaystyle | alpha _ {p} |> 1.}$ Тогда существует ${ displaystyle r_ {p} = z_ {p} / p ^ {x_ {p}}}$ с ${ displaystyle z_ {p} in mathbb {Z}, x_ {p} in mathbb {N}}$ и ${ displaystyle | alpha _ {p} -r_ {p} | leq 1.}$ Заменять ${ displaystyle alpha}$ с ${ displaystyle alpha -r_ {p}}$ и разреши ${ displaystyle q neq p}$ быть еще одним премьер. Потом:

${ displaystyle left | alpha _ {q} -r_ {p} right | _ {q} leq max left {| a_ {q} | _ {q}, | r_ {p} | _ {q} right } leq max left {| a_ {q} | _ {q}, 1 right } leq 1.}$

Далее мы заявляем:

${ displaystyle | alpha _ {q} -r_ {p} | _ {q} leq 1 Longleftrightarrow | alpha _ {q} | _ {q} leq 1.}$

Обратное утверждение тривиально верно. Импликация верна, потому что два члена сильного неравенства треугольника равны, если абсолютные значения обоих целых чисел различны. Как следствие, (конечное) множество простых чисел, для которых компоненты ${ displaystyle alpha}$ не в ${ displaystyle mathbb {Z} _ {p}}$ уменьшается на 1. С итерацией мы заключаем, что существует ${ displaystyle r in mathbb {Q}}$ такой, что ${ displaystyle alpha -r in { widehat { mathbb {Z}}} times mathbb {R}.}$ Теперь выбираем ${ displaystyle s in mathbb {Z}}$ такой, что ${ displaystyle alpha _ { infty} -r-s in left [- { tfrac {1} {2}}, { tfrac {1} {2}} right].}$ потом ${ Displaystyle альфа - (г + s) в W.}$ Непрерывная проекция ${ displaystyle pi: W to mathbb {A} _ { mathbb {Q}} / mathbb {Q}}$ сюръективно, поэтому ${ displaystyle mathbb {A} _ { mathbb {Q}} / mathbb {Q},}$ как непрерывный образ компакта, компактен.

Следствие. Позволять ${ displaystyle E}$ - конечномерное векторное пространство над ${ displaystyle K.}$ потом ${ displaystyle E}$ дискретна и компактна в ${ displaystyle mathbb {A} _ {E}.}$

Теорема. У нас есть следующее:

• ${ displaystyle mathbb {A} _ { mathbb {Q}} = mathbb {Q} + mathbb {A} _ { mathbb {Z}}.}$
• ${ displaystyle mathbb {Z} = mathbb {Q} cap mathbb {A} _ { mathbb {Z}}.}$
• ${ Displaystyle mathbb {А} _ { mathbb {Q}} / mathbb {Z}}$ это делимая группа.^[11]
• ${ displaystyle mathbb {Q} subset mathbb {A} _ { mathbb {Q}, { text {fin}}}}$ плотный.

Доказательство. Первые два уравнения доказываются элементарно.

По определению ${ Displaystyle mathbb {А} _ { mathbb {Q}} / mathbb {Z}}$ делится, если для любого ${ Displaystyle п в mathbb {N}}$ и ${ Displaystyle у в mathbb {A} _ { mathbb {Q}} / mathbb {Z}}$ уравнение ${ displaystyle nx = y}$ есть решение ${ displaystyle x in mathbb {A} _ { mathbb {Q}} / mathbb {Z}.}$ Достаточно показать ${ displaystyle mathbb {A} _ { mathbb {Q}}}$ делится, но это верно, поскольку ${ displaystyle mathbb {A} _ { mathbb {Q}}}$ - поле с положительной характеристикой по каждой координате.

Для последнего утверждения обратите внимание, что ${ displaystyle mathbb {A} _ { mathbb {Q}, { text {fin}}} = mathbb {Q} { widehat { mathbb {Z}}},}$ поскольку мы можем достичь конечного числа знаменателей в координатах элементов ${ displaystyle mathbb {A} _ { mathbb {Q}, { text {fin}}}}$ через элемент ${ displaystyle q in mathbb {Q}.}$ Как следствие, достаточно показать ${ displaystyle mathbb {Z} subset { widehat { mathbb {Z}}}}$ плотно, то есть каждое открытое подмножество ${ displaystyle V subset { widehat { mathbb {Z}}}}$ содержит элемент ${ displaystyle mathbb {Z}.}$ Без ограничения общности можно предположить

${ displaystyle V = prod _ {p in E} left (a_ {p} + p ^ {l_ {p}} mathbb {Z} _ {p} right) times prod _ {p notin E} mathbb {Z} _ {p},}$

потому что ${ displaystyle (p ^ {m} mathbb {Z} _ {p}) _ {m in mathbb {N}}}$ это система соседства ${ displaystyle 0}$ в ${ displaystyle mathbb {Z} _ {p}.}$ По китайской теореме об остатках существует ${ displaystyle l in mathbb {Z}}$ такой, что ${ Displaystyle l Equiv a_ {p} { bmod {p}} ^ {l_ {p}}.}$ Поскольку степени различных простых чисел взаимно просты, ${ displaystyle l in V}$ следует.

Замечание. ${ Displaystyle mathbb {А} _ { mathbb {Q}} / mathbb {Z}}$ не делится однозначно. Позволять ${ Displaystyle у = (0,0, ldots) + mathbb {Z} in mathbb {A} _ { mathbb {Q}} / mathbb {Z}}$ и ${ Displaystyle п geq 2}$ быть данным. потом

${ displaystyle { begin {align} x_ {1} & = (0,0, ldots) + mathbb {Z} x_ {2} & = left ({ tfrac {1} {n}} , { tfrac {1} {n}}, ldots right) + mathbb {Z} end {align}}}$

оба удовлетворяют уравнению ${ displaystyle nx = y}$ и ясно ${ displaystyle x_ {1} neq x_ {2}}$ (${ displaystyle x_ {2}}$ корректно определено, потому что только конечное число простых чисел делит ${ displaystyle n}$). В этом случае однозначная делимость эквивалентна отсутствию кручения, что неверно для ${ Displaystyle mathbb {А} _ { mathbb {Q}} / mathbb {Z}}$ поскольку ${ displaystyle nx_ {2} = 0,}$ но ${ displaystyle x_ {2} neq 0}$ и ${ Displaystyle п neq 0.}$

Замечание. Четвертое утверждение - частный случай сильная аппроксимационная теорема.

Мера Хаара на кольце адела

Определение. Функция ${ displaystyle f: mathbb {A} _ {K} to mathbb {C}}$ называется простым, если ${ displaystyle textstyle f = prod _ {v} f_ {v},}$ куда ${ displaystyle f_ {v}: K_ {v} to mathbb {C}}$ измеримы и ${ displaystyle f_ {v} = mathbf {1} _ {O_ {v}}}$ почти для всех ${ displaystyle v.}$

Теорема.^[12] С ${ displaystyle mathbb {A} _ {K}}$ является локально компактной группой со сложением, существует аддитивная мера Хаара ${ displaystyle dx}$ на ${ displaystyle mathbb {A} _ {K}.}$ Эту меру можно нормализовать так, чтобы каждая интегрируемая простая функция ${ displaystyle textstyle f = prod _ {v} f_ {v}}$ удовлетворяет:

${ displaystyle int _ { mathbb {A} _ {K}} f , dx = prod _ {v} int _ {K_ {v}} f_ {v} , dx_ {v},}$

где для ${ displaystyle v < infty, dx_ {v}}$ это мера на ${ displaystyle K_ {v}}$ такой, что ${ displaystyle O_ {v}}$ имеет единицу измерения и ${ displaystyle dx _ { infty}}$ - мера Лебега. Продукт конечен, т.е. почти все множители равны единице.

Группа иделей

Определение. Мы определяем Idele группа ${ displaystyle K}$ как группа единиц аделевого кольца ${ displaystyle K,}$ то есть ${ displaystyle I_ {K}: = mathbb {A} _ {K} ^ { times}.}$ Элементы группы иделей называются иделей ${ displaystyle K.}$

Замечание. Хотим оборудовать ${ displaystyle I_ {K}}$ с топологией так, чтобы она стала топологической группой. Топология подмножества, унаследованная от ${ displaystyle mathbb {A} _ {K}}$ не является подходящим кандидатом, поскольку группа элементов топологического кольца, снабженная топологией подмножества, может не быть топологической группой. Например, обратная карта в ${ displaystyle mathbb {A} _ { mathbb {Q}}}$ не является непрерывным. Последовательность

${ displaystyle { begin {align} x_ {1} & = (2,1, ldots) x_ {2} & = (1,3,1, ldots) x_ {3} & = ( 1,1,5,1, ldots) & vdots end {align}}}$

сходится к ${ displaystyle 1 in mathbb {A} _ { mathbb {Q}}.}$ Чтобы увидеть это, позвольте ${ displaystyle U}$ быть рядом с ${ displaystyle 0,}$ без потери общности можно предположить:

${ Displaystyle U = prod _ {p leq N} U_ {p} times prod _ {p> N} mathbb {Z} _ {p}}$

С ${ displaystyle (x_ {n}) _ {p} -1 in mathbb {Z} _ {p}}$ для всех ${ displaystyle p,}$ ${ displaystyle x_ {n} -1 in U}$ за ${ displaystyle n}$ достаточно большой. Однако, как мы видели выше, обратная к этой последовательности не сходится в ${ displaystyle mathbb {A} _ { mathbb {Q}}.}$

Лемма. Позволять ${ displaystyle R}$ топологическое кольцо. Определять:

${ displaystyle { begin {cases} iota: R ^ { times} to R times R x mapsto (x, x ^ {- 1}) end {cases}}}$

Оборудован топологией, индуцированной продуктом на топологии на ${ Displaystyle R раз R}$ и ${ displaystyle iota, R ^ { times}}$ является топологической группой и отображение включения ${ displaystyle R ^ { times} subset R}$ непрерывно. Это самая грубая топология, возникающая из топологии на ${ displaystyle R,}$ что делает ${ displaystyle R ^ { times}}$ топологическая группа.

Доказательство. С ${ displaystyle R}$ является топологическим кольцом, достаточно показать, что обратное отображение непрерывно. Позволять ${ Displaystyle U подмножество R ^ { times}}$ быть открытым, тогда ${ displaystyle U times U ^ {- 1} subset R times R}$ открыт. Мы должны показать ${ Displaystyle U ^ {- 1} subset R ^ { times}}$ открыто или, что то же самое, ${ displaystyle U ^ {- 1} times (U ^ {- 1}) ^ {- 1} = U ^ {- 1} times U subset R times R}$ открыт. Но это условие выше.

Снабдим группу идеелей топологией, определенной в лемме, сделав ее топологической группой.

Определение. За ${ displaystyle S}$ подмножество мест ${ displaystyle K}$ набор: ${ displaystyle I_ {K, S}: = mathbb {A} _ {K, S} ^ { times}, I_ {K} ^ {S}: = ( mathbb {A} _ {K} ^ { S}) ^ { times}.}$

Лемма. Имеют место следующие тождества топологических групп:

${ displaystyle { begin {align} I_ {K, S} & = { prod _ {v in S}} ^ {'} K_ {v} ^ { times} I_ {K} ^ {S } & = { prod _ {v notin S}} ^ {'} K_ {v} ^ { times} I_ {K} & = { prod _ {v}} ^ {'} K_ {v } ^ { times} end {выровнено}}}$

где ограниченный продукт имеет топологию ограниченного продукта, которая генерируется ограниченными открытыми прямоугольниками формы

${ displaystyle prod _ {v in E} U_ {v} times prod _ {v notin E} O_ {v} ^ { times},}$

куда ${ displaystyle E}$ является конечным подмножеством множества всех мест и ${ Displaystyle U_ {v} подмножество K_ {v} ^ { times}}$ - открытые наборы.

Доказательство. Докажем тождество для ${ displaystyle I_ {K},}$ два других следуют аналогичным образом. Сначала покажем, что два набора равны:

${ displaystyle { begin {align} I_ {K} & = {x = (x_ {v}) _ {v} in mathbb {A} _ {K}: exists y = (y_ {v} ) _ {v} in mathbb {A} _ {K}: xy = 1 } & = {x = (x_ {v}) _ {v} in mathbb {A} _ {K }: exists y = (y_ {v}) _ {v} in mathbb {A} _ {K}: x_ {v} cdot y_ {v} = 1 quad forall v } & = {x = (x_ {v}) _ {v}: x_ {v} in K_ {v} ^ { times} forall v { text {и}} x_ {v} in O_ {v } ^ { times} { text {почти для всех}} v } & = { prod _ {v}} ^ {'} K_ {v} ^ { times} end {выровнено}}}$

При переходе от строки 2 к 3, ${ displaystyle x}$ а также ${ displaystyle x ^ {- 1} = y}$ должен быть в ${ displaystyle mathbb {A} _ {K},}$ смысл ${ displaystyle x_ {v} in O_ {v}}$ почти для всех ${ displaystyle v}$ и ${ displaystyle x_ {v} ^ {- 1} in O_ {v}}$ почти для всех ${ displaystyle v.}$ Следовательно, ${ displaystyle x_ {v} in O_ {v} ^ { times}}$ почти для всех ${ displaystyle v.}$

Теперь мы можем показать, что топология в левой части равна топологии в правой части. Очевидно, что каждый открытый ограниченный прямоугольник открыт в топологии группы иделей. С другой стороны, для данного ${ displaystyle U subset I_ {K},}$ которое открыто в топологии группы иделей, т. е. ${ displaystyle U times U ^ {- 1} subset mathbb {A} _ {K} times mathbb {A} _ {K}}$ открыто, поэтому для каждого ${ displaystyle u in U}$ существует открытый ограниченный прямоугольник, который является подмножеством ${ displaystyle U}$ и содержит ${ displaystyle u.}$ Следовательно, ${ displaystyle U}$ является объединением всех этих ограниченных открытых прямоугольников и, следовательно, является открытым в топологии ограниченного произведения.

Лемма. Для каждого набора мест ${ displaystyle S, I_ {K, S}}$ является локально компактной топологической группой.

Доказательство. Локальная компактность следует из описания ${ displaystyle I_ {K, S}}$ как продукт с ограниченным доступом. То, что это топологическая группа, следует из приведенного выше обсуждения группы единиц топологического кольца.

Система соседства ${ displaystyle 1 in mathbb {A} _ {K} (P _ { infty}) ^ { times}}$ это система соседства ${ displaystyle 1 in I_ {K}.}$ В качестве альтернативы мы можем взять все наборы формы:

${ displaystyle prod _ {v} U_ {v},}$

куда ${ displaystyle U_ {v}}$ это район ${ Displaystyle 1 в K_ {v} ^ { times}}$ и ${ Displaystyle U_ {v} = O_ {v} ^ { times}}$ почти для всех ${ displaystyle v.}$

Поскольку группа иделей локально компактна, существует мера Хаара ${ Displaystyle д ^ { раз} х}$ в теме. Это можно нормализовать, так что

${ displaystyle int _ {I_ {K, { text {fin}}}} mathbf {1} _ { widehat {O}} , d ^ { times} x = 1.}$

Это нормализация, используемая для конечных мест. В этих уравнениях ${ displaystyle I_ {K, { text {fin}}}}$ конечная группа аделей, то есть группа единиц конечного кольца аделей. Для бесконечных мест мы используем мультипликативную меру Лебега ${ displaystyle { tfrac {dx} {| x |}}.}$

Группа иделей конечного расширения

Лемма. Позволять ${ displaystyle L / K}$ - конечное расширение. Потом:

${ displaystyle I_ {L} = { prod _ {v}} ^ {'} L_ {v} ^ { times}.}$

где продукт с ограничениями относится к ${ displaystyle { widetilde {O_ {v}}} ^ { times}.}$

Лемма. Существует каноническое вложение ${ displaystyle I_ {K}}$ в ${ displaystyle I_ {L}.}$

Доказательство. Мы отображаем ${ displaystyle a = (a_ {v}) _ {v} in I_ {K}}$ к ${ displaystyle a '= (a' _ {w}) _ {w} in I_ {L}}$ с собственностью ${ displaystyle a '_ {w} = a_ {v} in K_ {v} ^ { times} subset L_ {w} ^ { times}}$ за ${ displaystyle w | v.}$ Следовательно, ${ displaystyle I_ {K}}$ можно рассматривать как подгруппу ${ displaystyle I_ {L}.}$ Элемент ${ displaystyle a = (a_ {w}) _ {w} in I_ {L}}$ находится в этой подгруппе тогда и только тогда, когда его компоненты удовлетворяют следующим свойствам: ${ displaystyle a_ {w} in K_ {v} ^ { times}}$ за ${ displaystyle w | v}$ и ${ displaystyle a_ {w} = a_ {w '}}$ за ${ displaystyle w | v}$ и ${ displaystyle w '| v}$ для того же места ${ displaystyle v}$ из ${ displaystyle K.}$

Случай векторных пространств и алгебр

^[13]

Группа иделей алгебры

Позволять ${ displaystyle A}$ - конечномерная алгебра над ${ displaystyle K.}$ С ${ displaystyle mathbb {A} _ {A} ^ { times}}$ не является топологической группой с подмножеством-топологией вообще, мы снабжаем ${ displaystyle mathbb {A} _ {A} ^ { times}}$ с топологией, аналогичной ${ displaystyle I_ {K}}$ выше и позвоните ${ displaystyle mathbb {A} _ {A} ^ { times}}$ группа иделей. Элементы группы иделей называются иделями ${ displaystyle A.}$

Предложение. Позволять ${ displaystyle alpha}$ быть конечным подмножеством ${ displaystyle A,}$ содержащий основу ${ displaystyle A}$ над ${ displaystyle K.}$ Для каждого конечного места ${ displaystyle v}$ из ${ displaystyle K,}$ позволять ${ displaystyle alpha _ {v}}$ быть ${ displaystyle O_ {v}}$-модуль, созданный ${ displaystyle alpha}$ в ${ displaystyle A_ {v}.}$ Существует конечное множество мест ${ displaystyle P_ {0}}$ содержащий ${ displaystyle P _ { infty}}$ такой, что для всех ${ displaystyle v notin P_ {0},}$${ displaystyle alpha _ {v}}$ компактное подкольцо в ${ displaystyle A_ {v}.}$ Более того, ${ displaystyle alpha _ {v}}$ содержит ${ displaystyle A_ {v} ^ { times}.}$ Для каждого ${ displaystyle v, A_ {v} ^ { times}}$ открытое подмножество ${ displaystyle A_ {v}}$ и карта ${ Displaystyle х mapsto х ^ {- 1}}$ продолжается на ${ displaystyle A_ {v} ^ { times}.}$ Как следствие ${ Displaystyle х mapsto (х, х ^ {- 1})}$ карты ${ displaystyle A_ {v} ^ { times}}$ гомеоморфно по своему образу в ${ displaystyle A_ {v} times A_ {v}.}$ Для каждого ${ displaystyle v notin P_ {0},}$ в ${ displaystyle alpha _ {v} ^ { times}}$ элементы ${ displaystyle A_ {v} ^ { times},}$ отображение в ${ displaystyle alpha _ {v} times alpha _ {v}}$ с функцией выше. Следовательно, ${ displaystyle alpha _ {v} ^ { times}}$ - открытая и компактная подгруппа в ${ displaystyle A_ {v} ^ { times}.}$^[14]

Альтернативная характеристика группы иделей

Предложение. Позволять ${ Displaystyle P supset P _ { infty}}$ - конечное множество мест. потом

${ displaystyle mathbb {A} _ {A} (P, alpha) ^ { times}: = prod _ {v in P} A_ {v} ^ { times} times prod _ {v notin P} alpha _ {v} ^ { times}}$

открытая подгруппа ${ displaystyle mathbb {A} _ {A} ^ { times},}$ куда ${ displaystyle mathbb {A} _ {A} ^ { times}}$ это союз всех ${ displaystyle mathbb {A} _ {A} (P, alpha) ^ { times}.}$^[15]

Следствие. В частном случае ${ displaystyle A = K}$ для каждого конечного множества мест ${ Displaystyle P supset P _ { infty},}$

${ Displaystyle mathbb {A} _ {K} (P) ^ { times} = prod _ {v in P} K_ {v} ^ { times} times prod _ {v notin P} О_ {v} ^ { times}}$

открытая подгруппа ${ displaystyle mathbb {A} _ {K} ^ { times} = I_ {K}.}$ Более того, ${ displaystyle I_ {K}}$ это союз всех ${ displaystyle mathbb {A} _ {K} (P) ^ { times}.}$

Норма о группе иделей

Мы хотим перенести след и норму из кольца аделей в группу иделей. Оказывается, так просто не передать след. Однако можно перенести норму с кольца аделей на группу иделей. Позволять ${ displaystyle alpha in I_ {K}.}$ потом ${ displaystyle operatorname {con} _ {L / K} ( alpha) in I_ {L}}$ а значит, в инъективной группе гомоморфизм

${ displaystyle operatorname {con} _ {L / K}: I_ {K} hookrightarrow I_ {L}.}$

С ${ displaystyle alpha in I_ {L},}$ это обратимо, ${ Displaystyle N_ {Л / К} ( альфа)}$ тоже обратимо, потому что ${ displaystyle (N_ {L / K} ( alpha)) ^ {- 1} = N_ {L / K} ( alpha ^ {- 1}).}$ Следовательно ${ displaystyle N_ {L / K} ( alpha) in I_ {K}.}$ Как следствие, ограничение нормы-функции вводит непрерывную функцию:

${ displaystyle N_ {L / K}: I_ {L} to I_ {K}.}$

Группа классов Иделе

Лемма. Есть естественное вложение ${ Displaystyle К ^ { раз}}$ в ${ displaystyle I_ {K, S}}$ задано диагональной картой: ${ displaystyle a mapsto (a, a, a, ldots).}$

Доказательство. С ${ Displaystyle К ^ { раз}}$ это подмножество ${ displaystyle K_ {v} ^ { times}}$ для всех ${ displaystyle v,}$ вложение корректно и инъективно.

Следствие. ${ Displaystyle А ^ { раз}}$ дискретная подгруппа ${ displaystyle mathbb {A} _ {A} ^ { times}.}$

Определение. По аналогии с группа идеального класса, элементы ${ Displaystyle К ^ { раз}}$ в ${ displaystyle I_ {K}}$ называются основные идеалы ${ displaystyle I_ {K}.}$ Фактор-группа ${ displaystyle C_ {K}: = I_ {K} / K ^ { times}}$ называется группой классов идеелей ${ displaystyle K.}$ Эта группа относящиеся к идеальной классовой группе и является центральным объектом теории поля классов.

Замечание. ${ Displaystyle К ^ { раз}}$ закрыт в ${ displaystyle I_ {K},}$ следовательно ${ displaystyle C_ {K}}$ - локально компактная топологическая группа и хаусдорфово пространство.

Лемма.^[16] Позволять ${ displaystyle L / K}$ - конечное расширение. Вложение ${ displaystyle I_ {K} to I_ {L}}$ индуцирует инъективное отображение:

${ displaystyle { begin {cases} C_ {K} to C_ {L} alpha K ^ { times} mapsto alpha L ^ { times} end {cases}}}$

Свойства группы иделей

Абсолютное значение на ${ displaystyle I_ {K}}$ и ${ displaystyle 1}$-иделе

Определение. За ${ displaystyle alpha = ( alpha _ {v}) _ {v} in I_ {K}}$ определять: ${ displaystyle textstyle | alpha |: = prod _ {v} | alpha _ {v} | _ {v}.}$ С ${ displaystyle alpha}$ является иделем, это произведение конечно и, следовательно, корректно определено.

Замечание. Определение можно расширить до ${ displaystyle mathbb {A} _ {K}}$ позволяя бесконечное количество продуктов. Однако эти бесконечные произведения исчезают, и поэтому ${ displaystyle | cdot |}$ исчезает на ${ displaystyle mathbb {A} _ {K} setminus I_ {K}.}$ Мы будем использовать ${ displaystyle | cdot |}$ для обозначения как функции на ${ displaystyle I_ {K}}$ и ${ displaystyle mathbb {A} _ {K}.}$

Теорема. ${ displaystyle | cdot |: I_ {K} to mathbb {R} _ {+}}$ является непрерывным гомоморфизмом групп.

Доказательство. Позволять ${ displaystyle alpha, beta in I_ {K}.}$

${ displaystyle { begin {align} | alpha cdot beta | & = prod _ {v} | ( alpha cdot beta) _ {v} | _ {v} & = prod _ {v} | alpha _ {v} cdot beta _ {v} | _ {v} & = prod _ {v} (| alpha _ {v} | _ {v} cdot | beta _ {v} | _ {v}) & = left ( prod _ {v} | alpha _ {v} | _ {v} right) cdot left ( prod _ {v} | beta _ {v} | _ {v} right) & = | alpha | cdot | beta | end {align}}}$

где мы используем, что все продукты конечны. Карта является непрерывной, что можно увидеть с помощью аргумента, имеющего дело с последовательностями. Это сводит проблему к следующему: ${ displaystyle | cdot |}$ продолжается на ${ displaystyle K_ {v}.}$ Однако это ясно из-за неравенства обратного треугольника.

Определение. Определим набор ${ displaystyle 1}$-иделе как:

${ Displaystyle I_ {K} ^ {1}: = {x in I_ {K}: | x | = 1 } = ker (| cdot |).}$

${ displaystyle I_ {K} ^ {1}}$ является подгруппой ${ displaystyle I_ {K}.}$ С ${ Displaystyle I_ {K} ^ {1} = | cdot | ^ {- 1} ( {1 }),}$ это замкнутое подмножество ${ displaystyle mathbb {A} _ {K}.}$ Наконец ${ displaystyle mathbb {A} _ {K}}$-топология на ${ displaystyle I_ {K} ^ {1}}$ равна подмножеству-топологии ${ displaystyle I_ {K}}$ на ${ displaystyle I_ {K} ^ {1}.}$^[17][18]

Формула продукта Артина. ${ Displaystyle | к | = 1}$ для всех ${ displaystyle k in K ^ { times}.}$

Доказательство.^[19] Мы доказываем формулу для числовых полей, случай глобальных функциональных полей доказывается аналогично. Позволять ${ displaystyle K}$ быть числовым полем и ${ displaystyle a in K ^ { times}.}$ Мы должны показать:

${ displaystyle prod _ {v} | a | _ {v} = 1.}$

Для конечного места ${ displaystyle v}$ для которого соответствующий простой идеал ${ Displaystyle { mathfrak {p}} _ {v}}$ не разделяет ${ Displaystyle (а)}$ у нас есть ${ Displaystyle v (а) = 0}$ и поэтому ${ displaystyle | a | _ {v} = 1.}$ Это справедливо почти для всех ${ displaystyle { mathfrak {p}} _ {v}.}$ У нас есть:

${ displaystyle { begin {align} prod _ {v} | a | _ {v} & = prod _ {p leq infty} prod _ {v | p} | a | _ {v} & = prod _ {p leq infty} prod _ {v | p} | N_ {K_ {v} / mathbb {Q} _ {p}} (a) | _ {p} & = prod _ {p leq infty} | N_ {K / mathbb {Q}} (a) | _ {p} end {align}}}$

При переходе от строки 1 к строке 2 мы использовали тождество ${ displaystyle | a | _ {w} = | N_ {L_ {w} / K_ {v}} (a) | _ {v},}$ куда ${ displaystyle v}$ это место ${ displaystyle K}$ и ${ displaystyle w}$ это место ${ displaystyle L,}$ лежащий выше ${ displaystyle v.}$ Переходя от строки 2 к строке 3, мы используем свойство нормы. Отметим, что норма находится в ${ displaystyle mathbb {Q}}$ поэтому без ограничения общности мы можем предположить ${ displaystyle a in mathbb {Q}.}$ потом ${ displaystyle a}$ обладает уникальным целочисленная факторизация:

${ displaystyle a = pm prod _ {p < infty} p ^ {v_ {p}},}$

куда ${ displaystyle v_ {p} in mathbb {Z}}$ является ${ displaystyle 0}$ почти для всех ${ displaystyle p.}$ К Теорема Островского все абсолютные значения на ${ displaystyle mathbb {Q}}$ эквивалентны действительному абсолютному значению ${ displaystyle | cdot | _ { infty}}$ или ${ displaystyle p}$-адическая абсолютная величина. Следовательно:

${ Displaystyle { begin {align} | a | & = left ( prod _ {p < infty} | a | _ {p} right) cdot | a | _ { infty} & = left ( prod _ {p < infty} p ^ {- v_ {p}} right) cdot left ( prod _ {p < infty} p ^ {v_ {p}} right) & = 1 конец {выровнено}}}$

Лемма.^[20] Существует постоянная ${ displaystyle C,}$ в зависимости только от ${ displaystyle K,}$ так что для каждого ${ Displaystyle альфа = ( альфа _ {v}) _ {v} in mathbb {A} _ {K}}$ удовлетворение ${ displaystyle textstyle prod _ {v} | alpha _ {v} | _ {v}> C,}$ Существует ${ Displaystyle бета в К ^ { раз}}$ такой, что ${ displaystyle | beta _ {v} | _ {v} leq | alpha _ {v} | _ {v}}$ для всех ${ displaystyle v.}$

Следствие. Позволять ${ displaystyle v_ {0}}$ быть местом ${ displaystyle K}$ и разреши ${ displaystyle delta _ {v}> 0}$ быть дано для всех ${ displaystyle v neq v_ {0}}$ с собственностью ${ displaystyle delta _ {v} = 1}$ почти для всех ${ displaystyle v.}$ Тогда существует ${ Displaystyle бета в К ^ { раз},}$ так что ${ Displaystyle | бета | leq delta _ {v}}$ для всех ${ displaystyle v neq v_ {0}.}$

Доказательство. Позволять ${ displaystyle C}$ - константа из леммы. Позволять ${ displaystyle pi _ {v}}$ быть униформизирующим элементом ${ displaystyle O_ {v}.}$ Определите адель ${ Displaystyle альфа = ( альфа _ {v}) _ {v}}$ через ${ displaystyle alpha _ {v}: = pi _ {v} ^ {k_ {v}}}$ с ${ displaystyle k_ {v} in mathbb {Z}}$ минимальный, так что ${ displaystyle | alpha _ {v} | _ {v} leq delta _ {v}}$ для всех ${ displaystyle v neq v_ {0}.}$ потом ${ displaystyle k_ {v} = 0}$ почти для всех ${ displaystyle v.}$ Определять ${ displaystyle alpha _ {v_ {0}}: = pi _ {v_ {0}} ^ {k_ {v_ {0}}}}$ с ${ displaystyle k_ {v_ {0}} in mathbb {Z},}$ так что ${ displaystyle textstyle prod _ {v} | alpha _ {v} | _ {v}> C.}$ Это работает, потому что ${ displaystyle k_ {v} = 0}$ почти для всех ${ displaystyle v.}$ По лемме существует ${ Displaystyle бета в К ^ { раз},}$ так что ${ displaystyle | beta | _ {v} leq | alpha _ {v} | _ {v} leq delta _ {v}}$ для всех ${ displaystyle v neq v_ {0}.}$

Теорема. ${ Displaystyle К ^ { раз}}$ дискретна и компактна в ${ displaystyle I_ {K} ^ {1}.}$

Доказательство.^[21] С ${ Displaystyle К ^ { раз}}$ дискретна в ${ displaystyle I_ {K}}$ это также дискретно в ${ displaystyle I_ {K} ^ {1}.}$ Чтобы доказать компактность ${ displaystyle I_ {K} ^ {1} / K ^ { times}}$ позволять ${ displaystyle C}$ постоянная из леммы, и пусть ${ displaystyle alpha in mathbb {A} _ {K}}$ удовлетворение ${ displaystyle textstyle prod _ {v} | alpha _ {v} | _ {v}> C}$ дано. Определять:

${ Displaystyle W _ { alpha}: = left { xi = ( xi _ {v}) _ {v} in mathbb {A} _ {K} || xi _ {v} | _ {v} leq | alpha _ {v} | _ {v} { text {для всех}} v right }.}$

Четко ${ displaystyle W _ { alpha}}$ компактный. Мы утверждаем естественную проекцию ${ displaystyle W _ { alpha} cap I_ {K} ^ {1} to I_ {K} ^ {1} / K ^ { times}}$ сюръективно. Позволять ${ displaystyle beta = ( beta _ {v}) _ {v} in I_ {K} ^ {1}}$ быть произвольным, то:

${ displaystyle | beta | = prod _ {v} | beta _ {v} | _ {v} = 1,}$

и поэтому

${ displaystyle prod _ {v} | beta _ {v} ^ {- 1} | _ {v} = 1.}$

Следует, что

${ displaystyle prod _ {v} | beta _ {v} ^ {- 1} alpha _ {v} | _ {v} = prod _ {v} | alpha _ {v} | _ {v }> C.}$

По лемме существует ${ displaystyle eta in K ^ { times}}$ такой, что ${ displaystyle | eta | _ {v} leq | beta _ {v} ^ {- 1} alpha _ {v} | _ {v}}$ для всех ${ displaystyle v,}$ и поэтому ${ displaystyle eta beta in W _ { alpha}}$ доказательство сюръективности естественной проекции. Поскольку он также непрерывен, следует компактность.

Теорема.^[22] Есть канонический изоморфизм ${ displaystyle I _ { mathbb {Q}} ^ {1} / mathbb {Q} ^ { times} cong { widehat { mathbb {Z}}} ^ { times}.}$ Более того, ${ displaystyle { widehat { mathbb {Z}}} ^ { times} times {1 } subset I _ { mathbb {Q}} ^ {1}}$ это набор представителей для ${ Displaystyle I _ { mathbb {Q}} ^ {1} / mathbb {Q} ^ { times}}$ и ${ displaystyle { widehat { mathbb {Z}}} ^ { times} times (0, infty) subset I _ { mathbb {Q}}}$ это набор представителей для ${ displaystyle I _ { mathbb {Q}} / mathbb {Q} ^ { times}.}$

Доказательство. Рассмотрим карту

${ displaystyle { begin {cases} phi: { widehat { mathbb {Z}}} ^ { times} to I _ { mathbb {Q}} ^ {1} / mathbb {Q} ^ { times} (a_ {p}) _ {p} mapsto ((a_ {p}) _ {p}, 1) mathbb {Q} ^ { times} end {cases}}}$

Это отображение хорошо определено, поскольку ${ displaystyle | a_ {p} | _ {p} = 1}$ для всех ${ displaystyle p}$ и поэтому ${ displaystyle textstyle left ( prod _ {p < infty} | a_ {p} | _ {p} right) cdot 1 = 1.}$ Очевидно ${ displaystyle phi}$ является непрерывным гомоморфизмом групп. Теперь предположим ${ displaystyle ((a_ {p}) _ {p}, 1) mathbb {Q} ^ { times} = ((b_ {p}) _ {p}, 1) mathbb {Q} ^ { раз}.}$ Тогда существует ${ displaystyle q in mathbb {Q} ^ { times}}$ такой, что ${ displaystyle ((a_ {p}) _ {p}, 1) q = ((b_ {p}) _ {p}, 1).}$ Рассматривая бесконечное место, мы видим ${ displaystyle q = 1}$ доказывая приемистость. Чтобы показать сюръективность, пусть ${ displaystyle (( beta _ {p}) _ {p}, beta _ { infty}) mathbb {Q} ^ { times} in I _ { mathbb {Q}} ^ {1} / mathbb {Q} ^ { times}.}$ Абсолютное значение этого элемента равно ${ displaystyle 1}$ и поэтому

${ displaystyle | beta _ { infty} | _ { infty} = { frac {1} { prod _ {p} | beta _ {p} | _ {p}}} in mathbb { Q}.}$

Следовательно ${ displaystyle beta _ { infty} in mathbb {Q}}$ и у нас есть:

${ displaystyle (( beta _ {p}) _ {p}, beta _ { infty}) mathbb {Q} ^ { times} = left ( left ({ frac { beta _ { p}} { beta _ { infty}}} right) _ {p}, 1 right) mathbb {Q} ^ { times}.}$

С

${ displaystyle forall p: qquad left | { frac { beta _ {p}} { beta _ { infty}}} right | _ {p} = 1,}$

мы заключаем ${ displaystyle phi}$ сюръективно.

Теорема.^[23] Функция абсолютного значения индуцирует следующие изоморфизмы топологических групп:

${ displaystyle { begin {align} I _ { mathbb {Q}} & cong I _ { mathbb {Q}} ^ {1} times (0, infty) I _ { mathbb {Q}} ^ {1} & cong I _ { mathbb {Q}, { text {fin}}} times { pm 1 }. End {align}}}$

Доказательство. Изоморфизмы задаются:

${ displaystyle { begin {cases} psi: I _ { mathbb {Q}} to I _ { mathbb {Q}} ^ {1} times (0, infty) a = (a _ { текст {fin}}, a _ { infty}) mapsto left (a _ { text {fin}}, { frac {a _ { infty}} {| a |}}, | a | right) end {case}} qquad { text {and}} qquad { begin {cases} { widetilde { psi}}: I _ { mathbb {Q}, { text {fin}}} times { pm 1 } to I _ { mathbb {Q}} ^ {1} (a _ { text {fin}}, varepsilon) mapsto left (a _ { text {fin}}, { frac { varepsilon} {| a _ { text {fin}} |}} right) end {case}}}$

Связь между группой идеальных классов и группой классов идеалов

Теорема. Позволять ${ displaystyle K}$ числовое поле с кольцом целых чисел ${ displaystyle O,}$ группа фракционных идеалов ${ displaystyle J_ {K},}$ и группа идеального класса ${ displaystyle operatorname {Cl} _ {K} = J_ {K} / K ^ { times}.}$ Имеются следующие изоморфизмы

${ displaystyle { begin {align} J_ {K} & cong I_ {K, { text {fin}}} / { widehat {O}} ^ { times} operatorname {Cl} _ { K} & cong C_ {K, { text {fin}}} / { widehat {O}} ^ { times} K ^ { times} имя оператора {Cl} _ {K} & cong C_ {K} / left ({ widehat {O}} ^ { times} times prod _ {v | infty} K_ {v} ^ { times} right) K ^ { times} конец {выровнен}}}$

где мы определили ${ displaystyle C_ {K, { text {fin}}}: = I_ {K, { text {fin}}} / K ^ { times}.}$

Доказательство. Позволять ${ displaystyle v}$ быть конечным местом ${ displaystyle K}$ и разреши ${ displaystyle | cdot | _ {v}}$ быть представителем класса эквивалентности ${ displaystyle v.}$ Определять

${ displaystyle { mathfrak {p}} _ {v}: = {x in O: | x | _ {v} <1 }.}$

потом ${ Displaystyle { mathfrak {p}} _ {v}}$ главный идеал в ${ displaystyle O.}$ Карта ${ Displaystyle v mapsto { mathfrak {p}} _ {v}}$ является биекцией между конечными точками ${ displaystyle K}$ и ненулевые простые идеалы ${ displaystyle O.}$ Обратное дается следующим образом: простой идеал ${ Displaystyle { mathfrak {p}}}$ отображается на оценку ${ displaystyle v _ { mathfrak {p}},}$ данный

${ displaystyle { begin {align} v _ { mathfrak {p}} (x) &: = max {k in mathbb {N} _ {0}: x in { mathfrak {p}} ^ {k} } quad forall x in O ^ { times} v _ { mathfrak {p}} left ({ frac {x} {y}} right) &: = v_ { mathfrak {p}} (x) -v _ { mathfrak {p}} (y) quad forall x, y in O ^ { times} end {align}}}$

Следующая карта четко определена:

${ displaystyle { begin {case} ( cdot): I_ {K, { text {fin}}} to J_ {K} alpha = ( alpha _ {v}) _ {v} mapsto prod _ {v < infty} { mathfrak {p}} _ {v} ^ {v ( alpha _ {v})}, end {case}}}$

Карта ${ Displaystyle ( cdot)}$ очевидно сюръективный гомоморфизм и ${ displaystyle ker (( cdot)) = { widehat {O}} ^ { times}.}$ Первый изоморфизм следует из основная теорема о гомоморфизме. Теперь разделим обе стороны на ${ displaystyle K ^ { times}.}$ Это возможно, потому что

${ Displaystyle { begin {выровнен} ( альфа) & = (( альфа, альфа, dotsc)) & = prod _ {v < infty} { mathfrak {p}} _ {v } ^ {v ( alpha)} & = ( alpha) && { text {для всех}} alpha in K ^ { times}. end {align}}}$

Обратите внимание на неправильное использование обозначений: в левой части строки 1 этой цепочки уравнений ${ Displaystyle ( cdot)}$ обозначает карту, определенную выше. Позже мы воспользуемся вложением ${ Displaystyle К ^ { раз}}$ в ${ displaystyle I_ {K, { text {fin}}}.}$ В строке 2 мы используем определение карты. Наконец, мы используем это ${ displaystyle O}$ является дедекиндовской областью, и поэтому каждый идеал может быть записан как произведение простых идеалов. Другими словами, карта ${ Displaystyle ( cdot)}$ это ${ Displaystyle К ^ { раз}}$-эквивариантный групповой гомоморфизм. Как следствие, указанное выше отображение индуцирует сюръективный гомоморфизм

${ displaystyle { begin {cases} phi: C_ {K, { text {fin}}} to operatorname {Cl} _ {K} alpha K ^ { times} mapsto ( alpha ) K ^ { times} end {case}}}$

Чтобы доказать второй изоморфизм, мы должны показать ${ displaystyle ker ( phi) = { widehat {O}} ^ { times} K ^ { times}.}$ Учитывать ${ displaystyle xi = ( xi _ {v}) _ {v} in { widehat {O}} ^ { times}.}$ потом ${ displaystyle textstyle phi ( xi K ^ { times}) = prod _ {v} { mathfrak {p}} _ {v} ^ {v ( xi _ {v})} K ^ { times} = K ^ { times},}$ потому что ${ Displaystyle v ( xi _ {v}) = 0}$ для всех ${ displaystyle v.}$ С другой стороны, рассмотрим ${ displaystyle xi K ^ { times} in C_ {K, { text {fin}}}}$ с ${ Displaystyle фи ( хи К ^ { раз}) = ОК ^ { раз},}$ что позволяет писать ${ displaystyle textstyle prod _ {v} { mathfrak {p}} _ {v} ^ {v ( xi _ {v})} K ^ { times} = ОК ^ { times}.}$ Как следствие, существует такой представитель, который: ${ displaystyle textstyle prod _ {v} { mathfrak {p}} _ {v} ^ {v ( xi '_ {v})} = O.}$ Как следствие, ${ displaystyle xi ' in { widehat {O}} ^ { times}}$ и поэтому ${ displaystyle xi K ^ { times} = xi 'K ^ { times} in { widehat {O}} ^ { times} K ^ { times}.}$ Мы доказали второй изоморфизм теоремы.

Для последнего изоморфизма заметим, что ${ displaystyle phi}$ индуцирует сюръективный групповой гомоморфизм ${ displaystyle { widetilde { phi}}: C_ {K} to operatorname {Cl} _ {K}}$ с

${ displaystyle ker ({ widetilde { phi}}) = left ({ widehat {O}} ^ { times} times prod _ {v | infty} K_ {v} ^ { times } right) K ^ { times}.}$

Замечание. Учитывать ${ displaystyle I_ {K, { text {fin}}}}$ с идеальной топологией и оснастить ${ displaystyle J_ {K},}$ с дискретной топологией. С ${ Displaystyle ( {{ mathfrak {а}} }) ^ {- 1}}$ открыт для каждого ${ Displaystyle { mathfrak {а}} в J_ {K}, ( cdot)}$ непрерывно. Стоит, что ${ Displaystyle ( {{ mathfrak {a}} }) ^ {- 1} = альфа { widehat {O}} ^ { times}}$ открыто, где ${ displaystyle alpha = ( alpha _ {v}) _ {v} in mathbb {A} _ {K, { text {fin}}},}$ так что ${ displaystyle textstyle { mathfrak {a}} = prod _ {v} { mathfrak {p}} _ {v} ^ {v ( alpha _ {v})}.}$

Разложение ${ displaystyle I_ {K}}$ и ${ displaystyle C_ {K}}$

Теорема.

${ displaystyle { begin {align} I_ {K} & cong I_ {K} ^ {1} times M: quad { begin {cases} M subset I_ {K} { text {дискретный и} } M cong mathbb {Z} & operatorname {char} (K)> 0 M subset I_ {K} { text {closed and}} M cong mathbb {R} _ {+} & operatorname {char} (K) = 0 end {cases}} C_ {K} & cong I_ {K} ^ {1} / K ^ { times} times N: quad { begin { case} N = mathbb {Z} & operatorname {char} (K)> 0 N = mathbb {R} _ {+} & operatorname {char} (K) = 0 end {cases}} конец {выровнено}}}$

Доказательство. ${ displaystyle operatorname {char} (K) = p> 0.}$ Для каждого места ${ displaystyle v}$ из ${ displaystyle K, operatorname {char} (K_ {v}) = p,}$ так что для всех ${ Displaystyle х в K_ {v} ^ { times},}$ ${ displaystyle | x | _ {v}}$ принадлежит к подгруппе ${ displaystyle mathbb {R} _ {+},}$ создано ${ displaystyle p.}$ Поэтому для каждого ${ displaystyle z in I_ {K},}$ ${ displaystyle | z |}$ находится в подгруппе ${ displaystyle mathbb {R} _ {+},}$ создано ${ displaystyle p.}$ Следовательно, образ гомоморфизма ${ Displaystyle г mapsto | г |}$ дискретная подгруппа ${ displaystyle mathbb {R} _ {+},}$ создано ${ displaystyle p.}$ Поскольку эта группа нетривиальна, она порождается ${ Displaystyle Q = p ^ {m}}$ для некоторых ${ displaystyle m in mathbb {N}.}$ выбирать ${ displaystyle z_ {1} in I_ {K},}$ так что ${ displaystyle | z_ {1} | = Q,}$ тогда ${ displaystyle I_ {K}}$ является прямым продуктом ${ displaystyle I_ {K} ^ {1}}$ и подгруппа, порожденная ${ displaystyle z_ {1}.}$ Эта подгруппа дискретна и изоморфна ${ displaystyle mathbb {Z}.}$

${ displaystyle operatorname {char} (K) = 0.}$ За ${ displaystyle lambda in mathbb {R} _ {+}}$ определять:

${ displaystyle z ( lambda) = (z_ {v}) _ {v}, quad z_ {v} = { begin {cases} 1 & v notin P _ { infty} lambda & v in P_ { infty} end {case}}}$

Карта ${ Displaystyle лямбда mapsto г ( лямбда)}$ является изоморфизмом ${ Displaystyle mathbb {R} _ {+}}$ в замкнутой подгруппе ${ displaystyle M}$ из ${ displaystyle I_ {K}}$ и ${ displaystyle I_ {K} cong M times I_ {K} ^ {1}.}$ Изоморфизм задается умножением:

${ displaystyle { begin {cases} phi: M times I_ {K} ^ {1} to I_ {K}, (( alpha _ {v}) _ {v}, ( beta _ {v}) _ {v}) mapsto ( alpha _ {v} beta _ {v}) _ {v} end {case}}}$

Очевидно, ${ displaystyle phi}$ является гомоморфизмом. Чтобы показать, что это инъективно, пусть ${ displaystyle ( alpha _ {v} beta _ {v}) _ {v} = 1.}$ С ${ displaystyle alpha _ {v} = 1}$ за ${ Displaystyle v < infty,}$ это стоит, что ${ displaystyle beta _ {v} = 1}$ за ${ displaystyle v < infty.}$ Более того, существует ${ displaystyle lambda in mathbb {R} _ {+},}$ так что ${ displaystyle alpha _ {v} = lambda}$ за ${ displaystyle v | infty.}$ Следовательно, ${ displaystyle beta _ {v} = lambda ^ {- 1}}$ за ${ displaystyle v | infty.}$ более того ${ displaystyle textstyle prod _ {v} | beta _ {v} | _ {v} = 1,}$ подразумевает ${ displaystyle lambda ^ {n} = 1,}$ куда ${ displaystyle n}$ это количество бесконечных мест ${ displaystyle K.}$ Как следствие ${ displaystyle lambda = 1}$ и поэтому ${ displaystyle phi}$ инъективно. Чтобы показать сюръективность, пусть ${ displaystyle gamma = ( gamma _ {v}) _ {v} in I_ {K}.}$ Мы определяем ${ displaystyle lambda: = | gamma | ^ { frac {1} {n}}}$ и, кроме того, определим ${ displaystyle alpha _ {v} = 1}$ за ${ Displaystyle v < infty}$ и ${ displaystyle alpha _ {v} = lambda}$ за ${ displaystyle v | infty.}$ Определять ${ displaystyle textstyle beta = { frac { gamma} { alpha}}.}$ Стоит, что ${ displaystyle textstyle | beta | = { frac {| gamma |} {| alpha |}} = { frac { lambda ^ {n}} { lambda ^ {n}}} = 1. }$ Следовательно, ${ displaystyle phi}$ сюръективно.

Остальные уравнения следуют аналогично.

Характеристика группы иделей

Теорема.^[24] Позволять ${ displaystyle K}$ быть числовым полем. Существует конечное множество мест ${ displaystyle S,}$ такой, что:

${ displaystyle I_ {K} = left (I_ {K, S} times prod _ {v notin S} O_ {v} ^ { times} right) K ^ { times} = left ( prod _ {v in S} K_ {v} ^ { times} times prod _ {v notin S} O_ {v} ^ { times} right) K ^ { times}.}$

Доказательство. В номер класса числового поля конечно, поэтому пусть ${ displaystyle { mathfrak {a}} _ {1}, ldots, { mathfrak {a}} _ {h}}$ идеалы, представляющие классы в ${ displaystyle operatorname {Cl} _ {K}.}$ Эти идеалы порождаются конечным числом простых идеалов ${ displaystyle { mathfrak {p}} _ {1}, ldots, { mathfrak {p}} _ {n}.}$ Позволять ${ displaystyle S}$ - конечное множество мест, содержащих ${ displaystyle P _ { infty}}$ и конечные места, соответствующие ${ displaystyle { mathfrak {p}} _ {1}, ldots, { mathfrak {p}} _ {n}.}$ Рассмотрим изоморфизм:

${ Displaystyle I_ {K} / left ( prod _ {v < infty} O_ {v} ^ { times} times prod _ {v | infty} K_ {v} ^ { times} вправо) cong J_ {K},}$

индуцированный

${ displaystyle ( alpha _ {v}) _ {v} mapsto prod _ {v < infty} { mathfrak {p}} _ {v} ^ {v ( alpha _ {v})}. }$

В бесконечных местах утверждение очевидно, поэтому мы докажем утверждение для конечных точек. Включение "${ displaystyle supset}$″ Очевидно. Позволять ${ displaystyle alpha in I_ {K, { text {fin}}}.}$ Соответствующий идеал ${ displaystyle textstyle ( alpha) = prod _ {v < infty} { mathfrak {p}} _ {v} ^ {v ( alpha _ {v})}}$ принадлежит к классу ${ displaystyle { mathfrak {a}} _ {i} K ^ { times},}$ смысл ${ Displaystyle ( альфа) = { mathfrak {а}} _ {я} (а)}$ для главного идеала ${ Displaystyle (а).}$ Идель ${ displaystyle alpha '= alpha a ^ {- 1}}$ карты к идеалу ${ Displaystyle { mathfrak {а}} _ {я}}$ под картой ${ displaystyle I_ {K, { text {fin}}} to J_ {K}.}$ Это означает ${ displaystyle textstyle { mathfrak {a}} _ {i} = prod _ {v < infty} { mathfrak {p}} _ {v} ^ {v ( alpha '_ {v})} .}$ Поскольку основные идеалы в ${ Displaystyle { mathfrak {а}} _ {я}}$ находятся в ${ displaystyle S,}$ следует ${ Displaystyle v ( alpha '_ {v}) = 0}$ для всех ${ displaystyle v notin S,}$ это означает ${ displaystyle alpha '_ {v} in O_ {v} ^ { times}}$ для всех ${ displaystyle v notin S.}$ Следует, что ${ displaystyle alpha '= alpha a ^ {- 1} in I_ {K, S},}$ следовательно ${ displaystyle alpha in I_ {K, S} K ^ { times}.}$

Приложения

Конечность номера класса числового поля

В предыдущем разделе мы использовали тот факт, что номер класса числового поля конечен. Здесь мы хотим доказать это утверждение:

Теорема (конечность числа классов числового поля). Позволять ${ displaystyle K}$ быть числовым полем. потом ${ displaystyle | operatorname {Cl} _ {K} | < infty.}$

Доказательство. Карта

${ displaystyle { begin {cases} I_ {K} ^ {1} to J_ {K} left (( alpha _ {v}) _ {v < infty}, ( alpha _ {v }) _ {v | infty} right) mapsto prod _ {v < infty} { mathfrak {p}} _ {v} ^ {v ( alpha _ {v})} end {case }}}$

сюръективно и поэтому ${ displaystyle operatorname {Cl} _ {K}}$ - непрерывный образ компакта ${ displaystyle I_ {K} ^ {1} / K ^ { times}.}$ Таким образом, ${ displaystyle operatorname {Cl} _ {K}}$ компактный. Вдобавок он дискретен и так конечен.

Замечание. Аналогичный результат имеется и для случая глобального функционального поля. В этом случае определяется так называемая группа дивизоров. Можно показать, что фактор множества всех делителей степени ${ displaystyle 0}$ по множеству главных дивизоров является конечной группой.^[25]

Группа единиц и теорема Дирихле о единицах

Позволять ${ Displaystyle P supset P _ { infty}}$ - конечное множество мест. Определять

${ displaystyle { begin {align} Omega (P) &: = prod _ {v in P} K_ {v} ^ { times} times prod _ {v notin P} O_ {v} ^ { times} = ( mathbb {A} _ {K} (P)) ^ { times} E (P) &: = K ^ { times} cap Omega (P) end { выровнено}}}$

потом ${ Displaystyle E (P)}$ является подгруппой ${ displaystyle K ^ { times},}$ содержащий все элементы ${ Displaystyle хи в К ^ { раз}}$ удовлетворение ${ Displaystyle v ( xi) = 0}$ для всех ${ displaystyle v notin P.}$ С ${ Displaystyle К ^ { раз}}$ дискретна в ${ displaystyle I_ {K},}$ ${ Displaystyle E (P)}$ дискретная подгруппа ${ displaystyle Omega (P)}$ и с тем же аргументом, ${ Displaystyle E (P)}$ дискретна в ${ displaystyle Omega _ {1} (P): = Omega (P) cap I_ {K} ^ {1}.}$

Альтернативное определение: ${ Displaystyle Е (Р) = К (Р) ^ { раз},}$ куда ${ Displaystyle K (P)}$ это подкольцо ${ displaystyle K}$ определяется

${ displaystyle K (P): = K cap left ( prod _ {v in P} K_ {v} times prod _ {v notin P} O_ {v} right).}$

Как следствие, ${ Displaystyle K (P)}$ содержит все элементы ${ displaystyle xi in K,}$ которые выполняют ${ Displaystyle v ( xi) geq 0}$ для всех ${ displaystyle v notin P.}$

Лемма 1. Позволять ${ Displaystyle 0 <с Leq C < infty.}$ Следующий набор конечно:

${ Displaystyle left { eta in E (P): left. { begin {cases} | eta _ {v} | _ {v} = 1 & forall v notin P c leq | eta _ {v} | _ {v} leq C & forall v in P end {case}} right } right }.}$

Доказательство. Определять

${ displaystyle W: = left {( alpha _ {v}) _ {v}: left. { begin {cases} | alpha _ {v} | _ {v} = 1 & forall v notin P c leq | alpha _ {v} | _ {v} leq C & forall v in P end {case}} right } right }.}$

${ displaystyle W}$ компактно, а описанное выше множество является пересечением ${ displaystyle W}$ с дискретной подгруппой ${ Displaystyle К ^ { раз}}$ в ${ displaystyle I_ {K}}$ и поэтому конечный.

Лемма 2. Позволять ${ displaystyle E}$ быть набором всех ${ displaystyle xi in K}$ такой, что ${ Displaystyle | xi | _ {v} = 1}$ для всех ${ displaystyle v.}$ потом ${ Displaystyle Е = му (К),}$ группа всех корней единства ${ displaystyle K.}$ В частности, он конечен и цикличен.

Доказательство. Все корни единства ${ displaystyle K}$ иметь абсолютную ценность ${ displaystyle 1}$ так ${ Displaystyle му (К) подмножество E.}$ Обратим внимание на то, что лемма 1 с ${ displaystyle c = C = 1}$ и любой ${ displaystyle P}$ подразумевает ${ displaystyle E}$ конечно. более того ${ Displaystyle E подмножество E (P)}$ для каждого конечного множества мест ${ Displaystyle P supset P _ { infty}.}$ Наконец, предположим, что существует ${ displaystyle xi in E,}$ что не является корнем единства ${ displaystyle K.}$ потом ${ Displaystyle хи ^ {п} neq 1}$ для всех ${ Displaystyle п в mathbb {N}}$ противоречащий конечности ${ displaystyle E.}$

Теорема о единицах. ${ Displaystyle E (P)}$ является прямым продуктом ${ displaystyle E}$ и группа, изоморфная ${ displaystyle mathbb {Z} ^ {s},}$ куда ${ displaystyle s = 0,}$ если ${ Displaystyle P = emptyset}$ и ${ displaystyle s = | P | -1,}$ если ${ displaystyle P neq emptyset.}$^[26]

Теорема Дирихле о единицах. Позволять ${ displaystyle K}$ быть числовым полем. потом ${ displaystyle O ^ { times} cong mu (K) times mathbb {Z} ^ {r + s-1},}$ куда ${ Displaystyle му (К)}$ конечная циклическая группа всех корней из единицы ${ displaystyle K, r}$ - количество реальных вложений ${ displaystyle K}$ и ${ displaystyle s}$ - количество сопряженных пар комплексных вложений ${ displaystyle K.}$ Стоит, что ${ displaystyle [K: mathbb {Q}] = r + 2s.}$

Замечание. Теорема о единицах является обобщением теоремы Дирихле о единицах. Чтобы увидеть это, позвольте ${ displaystyle K}$ быть числовым полем. Мы уже знаем что ${ Displaystyle Е = му (К),}$ набор ${ Displaystyle P = P _ { infty}}$ и обратите внимание ${ displaystyle | P _ { infty} | = r + s.}$ Тогда у нас есть:

${ displaystyle { begin {align} E times mathbb {Z} ^ {r + s-1} = E (P _ { infty}) & = K ^ { times} cap left ( prod _ {v | infty} K_ {v} ^ { times} times prod _ {v < infty} O_ {v} ^ { times} right) & cong K ^ { times} cap left ( prod _ {v < infty} O_ {v} ^ { times} right) & cong O ^ { times} end {выравнивается}}}$

Аппроксимационные теоремы

Теорема о слабой аппроксимации.^[27] Позволять ${ displaystyle | cdot | _ {1}, ldots, | cdot | _ {N},}$ быть неэквивалентными оценками ${ displaystyle K.}$ Позволять ${ displaystyle K_ {n}}$ быть завершением ${ displaystyle K}$ относительно ${ displaystyle | cdot | _ {n}.}$ Встроить ${ displaystyle K}$ по диагонали в ${ displaystyle K_ {1} times cdots times K_ {N}.}$ потом ${ displaystyle K}$ везде плотно в ${ displaystyle K_ {1} times cdots times K_ {N}.}$ Другими словами, для каждого ${ displaystyle varepsilon> 0}$ и для каждого ${ displaystyle ( alpha _ {1}, ldots, alpha _ {N}) in K_ {1} times cdots times K_ {N},}$ Существует ${ displaystyle xi in K,}$ такой, что:

${ displaystyle forall n in {1, ldots, N }: quad | alpha _ {n} - xi | _ {n} < varepsilon.}$

Теорема о сильной аппроксимации.^[28] Позволять ${ displaystyle v_ {0}}$ быть местом ${ displaystyle K.}$ Определять

${ displaystyle V: = { prod _ {v neq v_ {0}}} ^ {'} K_ {v}.}$

потом ${ displaystyle K}$ плотно в ${ displaystyle V.}$

Замечание. Глобальное поле дискретно в своем кольце аделей. Теорема сильной аппроксимации говорит нам, что, если мы опускаем одно место (или более), свойство дискретности ${ displaystyle K}$ превращается в плотность ${ displaystyle K.}$

Принцип Хассе

Теорема Хассе-Минковского. Квадратичная форма на ${ displaystyle K}$ равен нулю тогда и только тогда, когда квадратичная форма равна нулю в каждом пополнении ${ displaystyle K_ {v}.}$

Замечание. Это принцип Хассе для квадратичных форм. Для многочленов степени больше 2 принцип Хассе в общем случае не работает. Идея принципа Хассе (также известного как локально-глобальный принцип) состоит в решении заданной задачи числового поля. ${ displaystyle K}$ делая это в его завершении ${ displaystyle K_ {v}}$ а затем заключить решение в ${ displaystyle K.}$

Персонажи на кольце адель

Определение. Позволять ${ displaystyle G}$ - локально компактная абелева группа. Группа персонажей ${ displaystyle G}$ это набор всех символов ${ displaystyle G}$ и обозначается ${ displaystyle { widehat {G}}.}$ Эквивалентно ${ displaystyle { widehat {G}}}$ - множество всех непрерывных гомоморфизмов групп из ${ displaystyle G}$ к ${ Displaystyle mathbb {T}: = {z in mathbb {C}: | z | = 1 }.}$ Обустраиваем ${ displaystyle { widehat {G}}}$ с топологией равномерной сходимости на компактных подмножествах ${ displaystyle G.}$ Можно показать, что ${ displaystyle { widehat {G}}}$ также является локально компактной абелевой группой.

Теорема. Кольцо аделей самодуальное: ${ displaystyle mathbb {A} _ {K} cong { widehat { mathbb {A} _ {K}}}.}$

Доказательство. Приведением к локальным координатам достаточно показать каждый ${ displaystyle K_ {v}}$ самодуальна. Это можно сделать, используя фиксированный символ ${ displaystyle K_ {v}.}$ Мы проиллюстрируем эту идею, показывая ${ Displaystyle mathbb {R}}$ самодуальна. Определять:

${ displaystyle { begin {cases} e _ { infty}: mathbb {R} to mathbb {T} e _ { infty} (t): = exp (2 pi it) end { случаи}}}$

Тогда следующее отображение является изоморфизмом, учитывающим топологии:

${ displaystyle { begin {cases} phi: mathbb {R} to { widehat { mathbb {R}}} s mapsto { begin {cases} phi _ {s}: mathbb {R} to mathbb {T} phi _ {s} (t): = e _ { infty} (ts) end {case}} end {cases}}}$

Теорема (алгебраические и непрерывные двойственные кольца аделей).^[29] Позволять ${ displaystyle chi}$ быть нетривиальным персонажем ${ displaystyle mathbb {A} _ {K},}$ что тривиально на ${ displaystyle K.}$ Позволять ${ displaystyle E}$ - конечномерное векторное пространство над ${ displaystyle K.}$ Позволять ${ displaystyle E ^ { star}}$ и ${ displaystyle mathbb {A} _ {E} ^ { star}}$ быть алгебраическими двойниками ${ displaystyle E}$ и ${ displaystyle mathbb {A} _ {E}.}$ Обозначим топологический двойственный к ${ displaystyle mathbb {A} _ {E}}$ к ${ displaystyle mathbb {A} _ {E} '}$ и использовать ${ Displaystyle langle cdot, cdot rangle}$ и ${ Displaystyle [{ cdot}, { cdot}]}$ для обозначения естественных билинейных пар на ${ displaystyle mathbb {A} _ {E} times mathbb {A} _ {E} '}$ и ${ displaystyle mathbb {A} _ {E} times mathbb {A} _ {E} ^ { star}.}$ Тогда формула ${ Displaystyle langle е, е ' rangle = чи ([е, е ^ { звезда}])}$ для всех ${ displaystyle e in mathbb {A} _ {E}}$ определяет изоморфизм ${ Displaystyle е ^ { звезда} mapsto е '}$ из ${ displaystyle mathbb {A} _ {E} ^ { star}}$ на ${ displaystyle mathbb {A} _ {E} ',}$ куда ${ displaystyle e ' in mathbb {A} _ {E}'}$ и ${ displaystyle e ^ { star} in mathbb {A} _ {E} ^ { star}.}$ Более того, если ${ displaystyle e ^ { star} in mathbb {A} _ {E} ^ { star}}$ выполняет ${ Displaystyle чи ([е, е ^ { звезда}]) = 1}$ для всех ${ displaystyle e in E,}$ тогда ${ displaystyle e ^ { star} in E ^ { star}.}$

Тезис Тейта

С помощью персонажей ${ displaystyle mathbb {A} _ {K},}$ мы можем провести анализ Фурье на кольце аделей.^[30] Джон Тейт в своей диссертации «Анализ Фурье в числовых полях и дзета-функциях Геккеса»^[4] доказал результаты о L-функциях Дирихле с помощью анализа Фурье на кольце аделей и группе иделей. Таким образом, кольцо аделей и группа иделей были применены для изучения дзета-функции Римана и более общих дзета-функций и L-функций. Мы можем определить адельные формы этих функций и представить их в виде интегралов по кольцу аделей или группе иделей относительно соответствующих мер Хаара. Мы можем показать функциональные уравнения и мероморфные продолжения этих функций. Например, для всех ${ displaystyle s in mathbb {C}}$ с ${ Displaystyle Re (s)> 1,}$

${ displaystyle int _ { widehat { mathbb {Z}}} | x | ^ {s} d ^ { times} x = zeta (s),}$

куда ${ Displaystyle д ^ { раз} х}$ - единственная мера Хаара на ${ displaystyle I _ { mathbb {Q}, { text {fin}}}}$ нормализованы так, что ${ displaystyle { widehat { mathbb {Z}}} ^ { times}}$ имеет объем один и продолжается нулем до конечного кольца аделей. В результате дзета-функция Римана может быть записана как интеграл по (подмножеству) кольца аделей.^[31]

Автоморфные формы

Теория автоморфных форм является обобщением тезиса Тейта путем замены группы иделей аналогичными группами более высокой размерности. Чтобы увидеть эту заметку:

${ displaystyle { begin {align} I _ { mathbb {Q}} & = operatorname {GL} (1, mathbb {A} _ { mathbb {Q}}) I _ { mathbb {Q} } ^ {1} & = ( operatorname {GL} (1, mathbb {A} _ { mathbb {Q}})) ^ {1}: = {x in operatorname {GL} (1, mathbb {A} _ { mathbb {Q}}): | x | = 1 } mathbb {Q} ^ { times} & = operatorname {GL} (1, mathbb {Q}) конец {выровнено}}}$

Основываясь на этой идентификации, естественным обобщением будет замена группы иделей и 1-иделей на:

${ displaystyle { begin {align} I _ { mathbb {Q}} & leftrightsquigarrow operatorname {GL} (2, mathbb {A} _ { mathbb {Q}}) I _ { mathbb {Q }} ^ {1} & leftrightsquigarrow ( operatorname {GL} (2, mathbb {A} _ { mathbb {Q}})) ^ {1}: = {x in operatorname {GL} ( 2, mathbb {A} _ { mathbb {Q}}): | det (x) | = 1 } mathbb {Q} & leftrightsquigarrow operatorname {GL} (2, mathbb {Q }) end {выровнены}}}$

И наконец

${ displaystyle mathbb {Q} ^ { times} backslash I _ { mathbb {Q}} ^ {1} cong mathbb {Q} ^ { times} backslash I _ { mathbb {Q}} leftrightsquigarrow ( operatorname {GL} (2, mathbb {Q}) backslash ( operatorname {GL} (2, mathbb {A} _ { mathbb {Q}})) ^ {1} cong ( OperatorName {GL} (2, mathbb {Q}) Z _ { mathbb {R}}) backslash operatorname {GL} (2, mathbb {A} _ { mathbb {Q}}),}$

куда ${ Displaystyle Z _ { mathbb {R}}}$ это центр ${ displaystyle operatorname {GL} (2, mathbb {R}).}$ Затем мы определяем автоморфную форму как элемент ${ displaystyle L ^ {2} (( operatorname {GL} (2, mathbb {Q}) Z _ { mathbb {R}}) backslash operatorname {GL} (2, mathbb {A} _ { mathbb {Q}})).}$ Другими словами, автоморфная форма - это функция на ${ displaystyle operatorname {GL} (2, mathbb {A} _ { mathbb {Q}})}$ удовлетворяющие некоторым алгебраическим и аналитическим условиям. Для изучения автоморфных форм важно знать представления группы ${ displaystyle operatorname {GL} (2, mathbb {A} _ { mathbb {Q}}).}$ Также возможно изучение автоморфных L-функций, которые можно описать как интегралы по ${ displaystyle operatorname {GL} (2, mathbb {A} _ { mathbb {Q}}).}$^[32]

Мы могли бы обобщить еще больше, заменив ${ displaystyle mathbb {Q}}$ с числовым полем и ${ displaystyle operatorname {GL} (2)}$ с произвольной редуктивной алгебраической группой.

Дальнейшие приложения

Обобщение закона взаимности Артина приводит к связи представлений ${ displaystyle operatorname {GL} (2, mathbb {A} _ {K})}$ и представлений Галуа ${ displaystyle K}$ (Программа Ленглендса).

Группа классов idele является ключевым объектом теория поля классов, который описывает абелевы расширения поля. Произведение локальных карт взаимности в теория поля локальных классов дает гомоморфизм группы иделей группе Галуа максимального абелевого расширения глобального поля. В Закон взаимности Артина, который является высокоуровневым обобщением квадратичного закона взаимности Гаусса, утверждает, что произведение обращается в нуль на мультипликативной группе числового поля. Таким образом, мы получаем глобальное отображение взаимности группы классов идеелей в абелеву часть абсолютной группы Галуа поля.

Из автодуальности кольца аделей функционального поля кривой над конечным полем легко следует Теорема Римана – Роха и теория двойственности для кривой.

Примечания

• Какую проблему решают адели?
• Несколько хороших книг об аделах

Рекомендации

Источники

• Касселс, Джон; Фрёлих, Альбрехт (1967). Алгебраическая теория чисел: материалы учебной конференции, организованной Лондонским математическим обществом (Институтом перспективных исследований НАТО). XVIII. Лондон: Academic Press. ISBN  978-0-12-163251-9.CS1 maint: ref = harv (связь) 366 страниц.
• Нойкирх, Юрген (2007). Algebraische Zahlentheorie, unveränd. nachdruck der 1. aufl. edn (на немецком). XIII. Берлин: Springer. ISBN  9783540375470.CS1 maint: ref = harv (связь) 595 страниц.
• Вайль, Андре (1967). Основная теория чисел. XVIII. Берлин; Гейдельберг; Нью-Йорк: Спрингер. ISBN  978-3-662-00048-9.CS1 maint: ref = harv (связь) 294 страницы.
• Дейтмар, Антон (2010). Автоморф Формен (на немецком). VIII. Берлин; Гейдельберг (u.a.): Springer. ISBN  978-3-642-12389-4.CS1 maint: ref = harv (связь) 250 страниц.
• Ланг, Серж (1994). Алгебраическая теория чисел, Тексты для выпускников по математике 110 (2-е изд.). Нью-Йорк: Springer-Verlag. ISBN  978-0-387-94225-4.CS1 maint: ref = harv (связь)