Articulo de referencia

número p -ádico

Los enteros 3-ádicos, representados como una sección de un solenoide En teoría de números , dado un número primo p , [ a ] los números p -ádicos forman una extensión de los núme...

Los enteros 3-ádicos, representados como una sección de un solenoide

En teoría de números , dado un número primo p , [ a ] los números p -ádicos forman una extensión de los números racionales que es distinta de los números reales , aunque con algunas propiedades similares; los números p -ádicos se pueden escribir en una forma similar a los decimales (posiblemente infinitos ) , pero con dígitos basados ​​en un número primo p en lugar de diez, y extendiéndose hacia la izquierda en lugar de hacia la derecha.

Por ejemplo, comparando la expansión del número racional15{\displaystyle {\tfrac {1}{5}}}en base 3 frente a la expansión 3 -ádica,15=0,01210121 (base 3)=030+031+132+233+15=121012102  (3-ádico)=+233+132+031+230.{\displaystyle {\begin{alignedat}{3}{\tfrac {1}{5}}&{}=0.01210121\ldots \ ({\text{base }}3)&&{}=0\cdot 3^{0}+0\cdot 3^{-1}+1\cdot 3^{-2}+2\cdot 3^{-3}+\cdots \\[5mu]{\tfrac {1}{5}}&{}=\dots 121012102\ \ ({\text{3-ádico}})&&{}=\cdots +2\cdot 3^{3}+1\cdot 3^{2}+0\cdot 3^{1}+2\cdot 3^{0}.\end{alignedat}}}

Formalmente, dado un número primo p , un número p -ádico puede definirse como una series=i=kaipagi=akpagk+ak+1pagk+1+ak+2pagk+2+{\displaystyle s=\sum _{i=k}^{\infty }a_{i}p^{i}=a_{k}p^{k}+a_{k+1}p^{k+1}+a_{k+2}p^{k+2}+\cdots } donde k es un número entero (posiblemente negativo), y cadaai{\displaystyle a_{i}}es un número entero tal que0ai<pag.{\displaystyle 0\leq a_{i}<p.}Un entero p -ádico es un número p -ádico tal quek0.{\displaystyle k\geq 0.}

En general, la serie que representa un número p -ádico no es convergente en el sentido habitual, pero sí lo es para el valor absoluto p -ádico.|s|pag=pagk,{\displaystyle |s|_{p}=p^{-k},}donde k es el menor entero i tal queai0{\displaystyle a_{i}\neq 0}(si todosai{\displaystyle a_{i}}son cero, uno tiene el número p -ádico cero, que tiene 0 como su valor absoluto p -ádico).

Todo número racional puede expresarse de forma única como la suma de una serie como la descrita anteriormente, con respecto al valor absoluto p -ádico. Esto permite considerar los números racionales como números p -ádicos especiales y, alternativamente, definirlos como la completación de los números racionales para el valor absoluto p -ádico, del mismo modo que los números reales son la completación de los números racionales para el valor absoluto usual.

Los números p -ádicos fueron descritos por primera vez por Kurt Hensel en 1897, [ 1 ] aunque, en retrospectiva, algunos de los trabajos anteriores de Ernst Kummer pueden interpretarse como un uso implícito de números p -ádicos. [ b ]

Motivación

En términos generales, la aritmética modular módulo un entero positivo n consiste en "aproximar" cada entero mediante el resto de su división por n , llamado residuo módulo n . La propiedad principal de la aritmética modular es que el residuo módulo n del resultado de una sucesión de operaciones con enteros es el mismo que el resultado de la misma sucesión de operaciones con residuos módulo n .

Al estudiar ecuaciones diofánticas , a veces resulta útil reducir la ecuación módulo un primo p , ya que esto suele proporcionar más información sobre la ecuación en sí. Desafortunadamente, al hacer esto se pierde cierta información debido a la reducción.ZZ/pag{\displaystyle \mathbb {Z} \twoheadrightarrow \mathbb {Z} /p}no es inyectivo .

Una forma de preservar más información es usar módulos más grandes, como potencias primas más altas, p 2 , p 3 , ... . Sin embargo, esto tiene la desventaja deZ/pagmi{\displaystyle \mathbb {Z} /p^{e}}al no ser un campo, lo que pierde muchas de las propiedades algebraicas queZ/pag{\displaystyle \mathbb {Z} /p}tiene. [ 2 ]

Kurt Hensel descubrió un método que consiste en usar un módulo primo p y aplicar el lema de Hensel para elevar soluciones módulo p a módulo , , ... Este proceso crea una secuencia infinita de residuos, y un número p -ádico se define como el "límite" de dicha secuencia.

Esencialmente, los números p -ádicos permiten "tomar módulo p e para todos los e a la vez". Una característica distintiva de los números p -ádicos de la aritmética modular ordinaria es que el conjunto de números p -ádicosQpag{\displaystyle \mathbb {Q} _{p}}forma un campo , lo que hace posible la división por p (a diferencia de cuando se trabaja módulo p e ). Además, el mapeoZZpag{\displaystyle \mathbb {Z} \hookrightarrow \mathbb {Z} _ {p}}es inyectivo , por lo que no se pierde mucha información al reducirlo a números p -ádicos. [ 2 ]

Descripción informal

Hay varias maneras de entender los números p -ádicos.

Como expansión de base p

Una forma de pensar en los enteros p -ádicos es usando "base p ". Por ejemplo, cada entero se puede escribir en base p ,

50=12123=133+232+131+230{\displaystyle 50=1212_{3}=1\cdot 3^{3}+2\cdot 3^{2}+1\cdot 3^{1}+2\cdot 3^{0}}

De manera informal, los enteros p -ádicos pueden considerarse como enteros en base p , pero los dígitos se extienden infinitamente hacia la izquierda . [ 2 ]

1210121023=+233+132+031+230{\displaystyle \ldots 121012102_{3}=\cdots +2\cdot 3^{3}+1\cdot 3^{2}+0\cdot 3^{1}+2\cdot 3^{0}}

La suma y la multiplicación en enteros p -ádicos se pueden llevar de una manera algo similar a los enteros en base p . [ 3 ]

Al sumar dos enteros p -ádicos, por ejemplo0121023+1012113{\displaystyle \ldots 012102_{3}+\ldots 101211_{3}}, sus dígitos se suman con acarreos que se propagan de derecha a izquierda.

1110121023+10121131210203{\displaystyle {\begin{array}{cccccccc}&&&_{1}&_{1}&&_{1}&\\&\cdots &0&1&2&1&0&2\,_{3}\\+&\cdots &1&0&1&2&1&1\,_{3}\\\hline &\cdots &1&2&1&0&2&0\,_{3}\end{array}}}

La multiplicación de enteros p -ádicos funciona de manera similar mediante la multiplicación larga . Dado que la suma y la multiplicación se pueden realizar con enteros p -ádicos, forman un anillo , denotadoZpag{\displaystyle \mathbb {Z} _ {p}}oZpag{\displaystyle \mathbf {Z} _ {p}}.

Nótese que algunos números racionales también pueden ser enteros p -ádicos, aunque no sean enteros en un sentido real. Por ejemplo, el número racional 1/5 es un entero 3- ádico y tiene la expansión 3-ádica .15=1210121023{\displaystyle {\tfrac {1}{5}}=\ldots 121012102_{3}}Sin embargo, algunos números racionales, como1pag{\displaystyle {\tfrac {1}{p}}}, no se puede escribir como un entero p -ádico. Debido a esto, los enteros p -ádicos se generalizan aún más a números p -ádicos:

Los números p -ádicos pueden considerarse como enteros p -ádicos con un número finito de dígitos después del punto decimal . Un ejemplo de un número 3-ádico es

121012.1023=+131+230+131+032+233{\displaystyle \ldots 121012.102_{3}=\cdots +1\cdot 3^{1}+2\cdot 3^{0}+1\cdot 3^{-1}+0\cdot 3^{-2}+2\cdot 3^{-3}}

De forma equivalente, todo número p -ádico es de la formaincógnitapagk{\displaystyle {\tfrac {x}{p^{k}}}}, donde x es un entero p -ádico.

Para cualquier número p -ádico no nulo x , su inverso multiplicativo1incógnita{\displaystyle {\tfrac {1}{x}}}es también un número p -ádico, que se puede calcular utilizando una variante de la división larga . [ 3 ] Por esta razón, los números p -ádicos forman un campo , denotadoQpag{\displaystyle \mathbb {Q} _{p}}oQpag{\displaystyle \mathbf {Q} _ {p}}.

Como una secuencia de residuos mod p k

Otra forma de definir los enteros p -ádicos es representándolos como una secuencia de residuos.incógnitami{\displaystyle x_{e}}modpagmi{\displaystyle p^{e}}para cada enteromi{\displaystyle e}, [ 2 ] , Aquí cada unoincógnitai{\displaystyle x_{i}}denota un representante entero de una clase de residuo módulopagi{\displaystyle p^{i}}

incógnita=(incógnita1modpag, incógnita2modpag2, incógnita3modpag3, ){\displaystyle x=(x_{1}\operatorname {mod} p,~x_{2}\operatorname {mod} p^{2},~x_{3}\operatorname {mod} p^{3},~\ldots )}

satisfaciendo las relaciones de compatibilidadincógnitaiincógnitaj (modpagi){\displaystyle x_{i}\equiv x_{j}~(\operatorname {mod} p^{i})}parai<j{\displaystyle i<j}En esta notación, la suma y la multiplicación de enteros p -ádicos se definen componente a componente:

incógnita+y=(incógnita1+y1modpag, incógnita2+y2modpag2, incógnita3+y3modpag3, ){\displaystyle x+y=(x_{1}+y_{1}\operatorname {mod} p,~x_{2}+y_{2}\operatorname {mod} p^{2},~x_{3}+y_{3}\operatorname {mod} p^{3},~\ldots )}incógnitay=(incógnita1y1modpag, incógnita2y2modpag2, incógnita3y3modpag3, ){\displaystyle x\cdot y=(x_{1}\cdot y_{1}\operatorname {mod} p,~x_{2}\cdot y_{2}\operatorname {mod} p^{2},~x_{3}\cdot y_{3}\operatorname {mod} p^{3},~\ldots )}

Esto es equivalente a la definición en base p , porque los últimos k dígitos de una expansión en base p definen de forma única su valor módulo p k , y viceversa.

Esta forma también puede explicar por qué algunos números racionales son enteros p -ádicos, incluso si no son enteros. Por ejemplo, 1/5 es un entero 3-ádico, porque su expansión 3-ádica consiste en los inversos multiplicativos de 5 mod 3, , , ...

15=(15mod3, 15mod32, 15mod33, 15mod34, )=(2mod3, 2mod32, 11mod33, 65mod34, ){\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {1}{5}}&=({\tfrac {1}{5}}\operatorname {mod} 3,~{\tfrac {1}{5}}\operatorname {mod} 3^{2},~{\tfrac {1}{5}}\operatorname {mod} 3^{3},~{\tfrac {1}{5}}\operatorname {mod} 3^{4},~\ldots )\\&=(2\operatorname {mod} 3,~2\operatorname {mod} 3^{2},~11\operatorname {mod} 3^{3},~65\operatorname {mod} 3^{4},~\ldots )\end{aligned}}}

Definición

Existen varias definiciones equivalentes de números p -ádicos. Los dos enfoques que se presentan a continuación son relativamente elementales.

Como serie formal en base p

Un entero p -ádico se define a menudo como una serie de potencias formal de la forma r=i=0aipagi=a0+a1pag+a2pag2+a3pag3+{\displaystyle r=\sum _{i=0}^{\infty }a_{i}p^{i}=a_{0}+a_{1}p+a_{2}p^{2}+a_{3}p^{3}+\cdots } donde cadaai{0,1,,pag1}{\displaystyle a_{i}\in \{0,1,\ldots ,p-1\}}representa un "dígito en base p ".

Una unidad p -ádica es un entero p -ádico cuyo primer dígito no es cero, es decira00{\displaystyle a_{0}\neq 0}El conjunto de todos los enteros p -ádicos se suele denotarZpag{\displaystyle \mathbb {Z} _{p}}. [ c ] [ 4 ]

Un número p -ádico se define entonces como una serie de Laurent formal de la forma r=i=vaipagi=avpagv+av+1pagv+1+av+2pagv+2+av+3pagv+3+{\displaystyle r=\sum _{i=v}^{\infty }a_{i}p^{i}=a_{v}p^{v}+a_{v+1}p^{v+1}+a_{v+2}p^{v+2}+a_{v+3}p^{v+3}+\cdots } donde v es un número entero (posiblemente negativo), y cadaai{0,1,,pag1}{\displaystyle a_{i}\in \{0,1,\ldots ,p-1\}}. [ 5 ] De forma equivalente, un número p -ádico es cualquier cosa de la formaincógnitapagk{\displaystyle {\tfrac {x}{p^{k}}}}, donde x es un entero p -ádico.

El primer índice v para el cual el dígitoav{\displaystyle a_{v}}es distinto de cero en r se denomina valuación p -ádica de r , denotadavpag(r){\displaystyle v_{p}(r)}. Sir=0{\displaystyle r=0}, entonces tal índice no existe, por convenciónvpag(0)={\displaystyle v_{p}(0)=\infty }.

En esta definición, la suma, la resta, la multiplicación y la división de números p -ádicos se realizan de manera similar a los números en base p , con los "acarreos" o "préstamos" moviéndose de izquierda a derecha en lugar de derecha a izquierda. [ 6 ] Como ejemplo enQ3{\displaystyle \mathbb {Q} _{3}},

111230+031+132+233+134++130+131+232+133+034+030+231+032+133+234+{\displaystyle {\begin{array}{lllllllllll}&&&_{1}&&&&_{1}&&_{1}\\&2\cdot 3^{0}&+&0\cdot 3^{1}&+&1\cdot 3^{2}&+&2\cdot 3^{3}&+&1\cdot 3^{4}&+\cdots \\+&1\cdot 3^{0}&+&1\cdot 3^{1}&+&2\cdot 3^{2}&+&1\cdot 3^{3}&+&0\cdot 3^{4}&+\cdots \\\hline &0\cdot 3^{0}&+&2\cdot 3^{1}&+&0\cdot 3^{2}&+&1\cdot 3^{3}&+&2\cdot 3^{4}&+\cdots \end{array}}}

La división de números p -ádicos también puede realizarse "formalmente" mediante la división de series de potencias formales , teniendo en cuenta el "acarreo". [ 5 ]

Con estas operaciones, el conjunto de números p -ádicos forma un cuerpo , denotadoQpag{\displaystyle \mathbb {Q} _{p}}.

Como clases de equivalencia

Los números p -ádicos también pueden definirse como clases de equivalencia, de forma similar a como se definen los números reales como clases de equivalencia de sucesiones de Cauchy . Se basa fundamentalmente en el siguiente lema:

Todo número racional distinto de cero r puede escribirser=pagvmetronorte,{\textstyle r=p^{v}{\frac {m}{n}},}donde v , m y n son enteros y ni m ni n son divisibles por p .

El exponente v está determinado unívocamente por r y se denomina su valuación p -ádica , denotadavpag(r){\displaystyle v_{p}(r)}La demostración del lema se deduce directamente del teorema fundamental de la aritmética .

Una serie p -ádica es una serie formal de Laurent de la forma i=vripagi,{\displaystyle \sum _{i=v}^{\infty }r_{i}p^{i},} dóndev{\displaystyle v}es un número entero (posiblemente negativo) y elri{\displaystyle r_{i}}son números racionales que son cero o tienen un valor no negativo (es decir, el denominador deri{\displaystyle r_{i}}no es divisible por p ).

Todo número racional puede considerarse como una serie p -ádica con un único término no nulo, que consiste en su factorización de la formapagkmetronorte,{\displaystyle p^{k}{\tfrac {m}{n}},}donde m y n son coprimos con p .

Dos series p -ádicasi=vripagi{\textstyle \sum _{i=v}^{\infty }r_{i}p^{i}}yi=wsipagi{\textstyle \sum _{i=w}^{\infty }s_{i}p^{i}} son equivalentes si existe un entero N tal que, para cada enteronorte>norte,{\displaystyle n>N,}el número racional i=vnorteripagii=wnortesipagi{\displaystyle \sum _{i=v}^{n}r_{i}p^{i}-\sum _{i=w}^{n}s_{i}p^{i}} es cero o tiene una valuación p -ádica mayor que n .

Una serie p -ádicai=vaipagi{\textstyle \sum _{i=v}^{\infty }a_{i}p^{i}}se normaliza si todosai{\displaystyle a_{i}}son enteros tales que0ai<pag,{\displaystyle 0\leq a_{i}<p,}yav>0,{\displaystyle a_{v}>0,}o todosai{\displaystyle a_{i}}son cero. En este último caso, la serie se denomina serie cero .

Toda serie p -ádica es equivalente a una única serie normalizada. Esta serie normalizada se obtiene mediante una secuencia de transformaciones, que son equivalencias de series; véase la sección «Normalización de una serie p -ádica» , más adelante.

En otras palabras, la equivalencia de series p -ádicas es una relación de equivalencia , y cada clase de equivalencia contiene exactamente una serie p -ádica normalizada.

Las operaciones habituales de series (suma, resta, multiplicación, división) son compatibles con la equivalencia de series p -ádicas. Es decir, denotando la equivalencia con ~ , si S , T y U son series p -ádicas no nulas tales queST,{\displaystyle S\sim T,}uno tiene S±UT±U,SUTU,1/S1/T.{\displaystyle {\begin{aligned}S\pm U&\sim T\pm U,\\SU&\sim TU,\\1/S&\sim 1/T.\end{aligned}}}

De este modo, los números p -ádicos se definen como las clases de equivalencia de las series p -ádicas.

La propiedad de unicidad de la normalización permite representar de forma única cualquier número p -ádico mediante la correspondiente serie p -ádica normalizada . La compatibilidad de la equivalencia de series conduce casi inmediatamente a las propiedades básicas de los números p -ádicos:

  • La suma , la multiplicación y el inverso multiplicativo de números p -ádicos se definen como para series de potencias formales , seguido de la normalización del resultado.
  • Con estas operaciones, los números p -ádicos forman un cuerpo , que es un cuerpo de extensión de los números racionales.
  • La valoración de un número p -ádico distinto de cero x , comúnmente denotadovpag(incógnita){\displaystyle v_{p}(x)}es el exponente de p en el primer término no nulo de la serie normalizada correspondiente; la valuación de cero esvpag(0)=+{\displaystyle v_{p}(0)=+\infty }
  • El valor absoluto p -ádico de un número p -ádico distinto de cero x es|incógnita|pag=pagv(incógnita);{\displaystyle |x|_{p}=p^{-v(x)};}para el número p -ádico cero , uno tiene|0|pag=0.{\displaystyle |0|_{p}=0.}

Normalización de una serie p -ádica

Comenzando con la seriei=vripagi,{\textstyle \sum _{i=v}^{\infty }r_{i}p^{i},}deseamos llegar a una serie equivalente tal que la valoración p -ádica derv{\displaystyle r_{v}}es cero. Para ello, se considera el primer valor distinto de cero.ri.{\displaystyle r_{i}.}Si su valoración p -ádica es cero, basta con cambiar v por i , es decir, comenzar la suma desde v . De lo contrario, la valoración p -ádica deri{\displaystyle r_{i}}esj>0,{\displaystyle j>0,}yri=pagjsi{\displaystyle r_{i}=p^{j}s_{i}}donde la valoración desi{\displaystyle s_{i}}es cero; por lo tanto, se obtiene una serie equivalente cambiandori{\displaystyle r_{i}}a 0 yri+j{\displaystyle r_{i+j}}ari+j+si.{\displaystyle r_{i+j}+s_{i}.}Al iterar este proceso, se obtiene finalmente, posiblemente después de infinitos pasos, una serie equivalente que es la serie cero o es una serie tal que la valoración derv{\displaystyle r_{v}}es cero.

Luego, si la serie no está normalizada, considere el primer valor distinto de cero.ri{\displaystyle r_{i}}que no es un número entero en el intervalo[0,pag1].{\displaystyle [0,p-1].}Utilizando el lema de Bézout , escribe esto comori=ai+pagsi{\displaystyle r_{i}=a_{i}+ps_{i}}, dóndeai[0,pag1]{\displaystyle a_{i}\in [0,p-1]}ysi{\displaystyle s_{i}}tiene valuación no negativa. Entonces, se obtiene una serie equivalente reemplazandori{\displaystyle r_{i}}conai,{\displaystyle a_{i},}y añadiendosi{\displaystyle s_{i}}ari+1.{\displaystyle r_{i+1}.}Al repetir este proceso, posiblemente un número infinito de veces, se obtiene finalmente la serie p -ádica normalizada deseada .

Otras definiciones equivalentes

Otras definiciones equivalentes utilizan la completitud de un anillo de valuación discreta (véase §  enteros p-ádicos ), la completitud de un espacio métrico (véase §  Propiedades topológicas ) o límites inversos (véase §  Propiedades modulares ).

Un número p -ádico puede definirse como una serie p -ádica normalizada . Dado que existen otras definiciones equivalentes de uso común, a menudo se dice que una serie p -ádica normalizada representa un número p -ádico, en lugar de decir que es un número p -ádico.

También se puede afirmar que cualquier serie p -ádica representa un número p -ádico, puesto que toda serie p -ádica es equivalente a una única serie p -ádica normalizada. Esto resulta útil para definir operaciones (suma, resta, multiplicación, división) con números p -ádicos: el resultado de dicha operación se obtiene normalizando el resultado de la operación correspondiente sobre la serie. Esto define adecuadamente las operaciones con números p -ádicos, ya que las operaciones con series son compatibles con la equivalencia de series p -ádicas.

Con estas operaciones, los números p -ádicos forman un campo llamado campo de números p -ádicos y se denotaQpag{\displaystyle \mathbb {Q} _{p}}oQpag.{\displaystyle \mathbf {Q} _{p}.}Existe un homomorfismo de cuerpos único que transforma los números racionales en los números p -ádicos, el cual asigna a cada número racional su expansión p -ádica. La imagen de este homomorfismo se identifica comúnmente con el cuerpo de los números racionales. Esto permite considerar los números p -ádicos como una extensión de los números racionales, y a estos últimos como un subcuerpo de los números p -ádicos.

La valoración de un número p -ádico distinto de cero x , comúnmente denotadovpag(incógnita),{\displaystyle v_{p}(x),}es el exponente de p en el primer término no nulo de cada serie p -ádica que representa x . Por convención,vpag(0)=;{\displaystyle v_{p}(0)=\infty ;} es decir, la valoración de cero es.{\displaystyle \infty .}Esta valoración es una valoración discreta . La restricción de esta valoración a los números racionales es la valoración p -ádica deQ,{\displaystyle \mathbb {Q} ,}es decir, el exponente v en la factorización de un número racional comonortedpagv,{\displaystyle {\tfrac {n}{d}}p^{v},}donde tanto n como d son coprimos con p .

Notación

Existen varias convenciones diferentes para escribir expansiones p -ádicas. Hasta ahora, este artículo ha utilizado una notación para expansiones p -ádicas en la que las potencias de p aumentan de derecha a izquierda. Con esta notación de derecha a izquierda, la expansión 3-ádica de15,{\displaystyle {\tfrac {1}{5}},}por ejemplo, se escribe como 15=1210121023.{\displaystyle {\frac {1}{5}}=\dots 121012102_{3}.}

Al realizar operaciones aritméticas con esta notación, los dígitos se llevan a la izquierda. También es posible escribir expansiones p -ádicas de modo que las potencias de p aumenten de izquierda a derecha y los dígitos se lleven a la derecha. Con esta notación de izquierda a derecha, la expansión 3-ádica de15{\displaystyle {\tfrac {1}{5}}}es 15=2.012101213 o 115=20.12101213.{\displaystyle {\frac {1}{5}}=2.01210121\dots _{3}{\mbox{ or }}{\frac {1}{15}}=20.1210121\dots _{3}.}

Las expansiones p -ádicas pueden escribirse con otros conjuntos de dígitos en lugar de {0, 1, ..., p − 1 }. Por ejemplo, la expansión 3 -ádica de15{\displaystyle {\tfrac {1}{5}}}se puede escribir usando dígitos ternarios balanceados { 1 , 0, 1 }, donde 1 representa menos uno, como 15=1_1111_1111_111_3.{\displaystyle {\frac {1}{5}}=\dots {\underline {1}}11{\underline {11}}11{\underline {11}}11{\underline {1}}_{\text{3}}.}

De hecho, cualquier conjunto de p enteros que pertenezcan a clases de residuos distintas módulo p puede utilizarse como dígitos p -ádicos. En teoría de números, los representantes de Teichmüller se utilizan a veces como dígitos. [ 7 ]

La notación de comillas es una variante de larepresentaciónpnúmeros racionalespropuesta en 1979 porEric HehneryNigel Horspoolpara implementar en computadoras la aritmética (exacta) con estos números. [ 8 ] Puede utilizarse como una forma compacta de representar números racionales, que poseen una secuencia periódica infinita de dígitos. En esta notación, se utiliza una comilla simple (') para separar la parte repetitiva de la no repetitiva. 15=121023{\displaystyle {\frac {1}{5}}=1210\,'2_{3}}

Expansión p -ádica de números racionales

La expansión decimal de un número racional positivor{\displaystyle r}es su representación como una serier=i=kai10i,{\displaystyle r=\sum _{i=k}^{\infty }a_{i}10^{-i},} dóndek{\displaystyle k}es un número entero y cadaai{\displaystyle a_{i}}es también un número entero tal que0ai<10.{\displaystyle 0\leq a_{i}<10.}Esta expansión se puede calcular mediante la división larga del numerador por el denominador, que a su vez se basa en el siguiente teorema: Sir=norted{\displaystyle r={\tfrac {n}{d}}}es un número racional tal que0r<1,{\displaystyle 0\leq r<1,}hay un número enteroa{\displaystyle a}de tal manera que0a<10,{\displaystyle 0\leq a<10,}y10r=a+r,{\displaystyle 10r=a+r',}con0r<1.{\displaystyle 0\leq r'<1.}La expansión decimal se obtiene aplicando repetidamente este resultado al resto.r{\displaystyle r'}que en la iteración asume el papel del número racional originalr{\displaystyle r}.

La expansión p - ádica de un número racional se puede calcular de manera similar, pero con un paso de división diferente. Supongamos quer=norted{\displaystyle r={\tfrac {n}{d}}}es un número racional con valor no negativo (es decir, d no es divisible por p ). El paso de división consiste en escribir r=a+pagr{\displaystyle r=a+p\,r'} dóndea{\displaystyle a}es un número entero tal que0a<pag,{\displaystyle 0\leq a<p,}yr{\displaystyle r'}tiene una valoración no negativa.

El número entero a se puede calcular como un inverso multiplicativo modular :a=norted1modpag{\displaystyle a=nd^{-1}\operatorname {mod} p}. Por este motivo, escribir r de esta manera siempre es posible, y dicha representación es única.

La expansión p -ádica de un número racional es eventualmente periódica . Por el contrario , una seriei=kaipagi,{\textstyle \sum _{i=k}^{\infty }a_{i}p^{i},}con0ai<pag{\displaystyle 0\leq a_{i}<p}converge (para el valor absoluto p -ádico) a un número racional si y solo si es eventualmente periódica; en este caso, la serie es la expansión p -ádica de ese número racional. La demostración es similar a la del resultado similar para decimales periódicos .

Ejemplo

Calculemos la expansión 5-ádica de13.{\displaystyle {\tfrac {1}{3}}.}Podemos escribir este número como13=2+513{\displaystyle {\tfrac {1}{3}}=2+5\cdot {\tfrac {-1}{3}}}Por lo tanto, usamosa=2{\displaystyle a=2}para el primer paso. 13=2+51(13){\displaystyle {\frac {1}{3}}=2+5^{1}\cdot \left({\frac {-1}{3}}\right)} Para el siguiente paso, podemos escribir el "resto".13{\displaystyle {\tfrac {-1}{3}}}como13=3+523{\displaystyle {\tfrac {-1}{3}}=3+5\cdot {\tfrac {-2}{3}}}Por lo tanto, usamosa=3{\displaystyle a=3}. 13=2+351+52(23){\displaystyle {\frac {1}{3}}=2+3\cdot 5^{1}+5^{2}\cdot \left({\frac {-2}{3}}\right)} Podemos escribir el "resto"23{\displaystyle {\tfrac {-2}{3}}}como23=1+513{\displaystyle {\tfrac {-2}{3}}=1+5\cdot {\tfrac {-1}{3}}}Por lo tanto, usamosa=1{\displaystyle a=1}. 13=2+351+152+53(13){\displaystyle {\frac {1}{3}}=2+3\cdot 5^{1}+1\cdot 5^{2}+5^{3}\cdot \left({\frac {-1}{3}}\right)} Nótese que obtenemos el "resto".13{\displaystyle {\tfrac {-1}{3}}}de nuevo, lo que significa que los dígitos solo pueden repetirse a partir de este punto. 13=2+351+152+353+154+355+156+{\displaystyle {\frac {1}{3}}=2+3\cdot 5^{1}+1\cdot 5^{2}+3\cdot 5^{3}+1\cdot 5^{4}+3\cdot 5^{5}+1\cdot 5^{6}+\cdots } En la notación estándar 5-ádica, podemos escribir esto como 13=13131325{\displaystyle {\frac {1}{3}}=\ldots 1313132_{5}} con los puntos suspensivos{\displaystyle \ldots }en el lado izquierdo.

enteros p -ádicos

Los enteros p -ádicos son los números p -ádicos con una valuación no negativa.

Apag{\displaystyle p}Un entero -ádico puede representarse como una secuencia incógnita=(incógnita1modpag, incógnita2modpag2, incógnita3modpag3, ){\displaystyle x=(x_{1}\operatorname {mod} p,~x_{2}\operatorname {mod} p^{2},~x_{3}\operatorname {mod} p^{3},~\ldots )} de residuosincógnitami{\displaystyle x_{e}}modpagmi{\displaystyle p^{e}}para cada enteromi{\displaystyle e}, satisfaciendo las relaciones de compatibilidadincógnitaiincógnitaj (modpagi){\displaystyle x_{i}\equiv x_{j}~(\operatorname {mod} p^{i})}parai<j{\displaystyle i<j}.

Cada número entero es unpag{\displaystyle p}entero -ádico (incluido el cero, ya que0<{\displaystyle 0<\infty }). Los números racionales de la formanortedpagk{\textstyle {\tfrac {n}{d}}p^{k}}cond{\displaystyle d}coprimo conpag{\displaystyle p}yk0{\displaystyle k\geq 0}también lo sonpag{\displaystyle p}enteros -ádicos (por la razón de qued{\displaystyle d}tiene un mod inversopagmi{\displaystyle p^{e}}por cadami{\displaystyle e}).

Los enteros p -ádicos forman un anillo conmutativo , denotadoZpag{\displaystyle \mathbb {Z} _{p}} oZpag{\displaystyle \mathbf {Z} _{p}}, que tiene las siguientes propiedades.

  • Es un dominio integral , puesto que es un subanillo de un cuerpo, o puesto que el primer término de la representación en serie del producto de dos series p -ádicas no nulas es el producto de sus primeros términos.
  • Las unidades (elementos invertibles) deZpag{\displaystyle \mathbb {Z} _{p}}son los números p -ádicos de valoración cero.
  • Es un dominio ideal principal , de tal manera que cada ideal es generado por una potencia de p .
  • Es un anillo local de dimensión de Krull uno, ya que sus únicos ideales primos son el ideal cero y el ideal generado por p , el único ideal maximal .
  • Se trata de un anillo de valoración discreto , puesto que este resulta de las propiedades precedentes.
  • Es la finalización del anillo localZ(pag)={norted|norte,dZ,dpagZ},{\displaystyle \mathbb {Z} _{(p)}={\bigl \{}{\tfrac {n}{d}}\mathbin {\big |} n,d\in \mathbb {Z} ,\,d\not \in p\mathbb {Z} {\bigr \}},}que es la localización deZ{\displaystyle \mathbb {Z} }en el ideal primordialpagZ.{\displaystyle p\mathbb {Z} .}

La última propiedad proporciona una definición de los números p -ádicos que es equivalente a la anterior: el campo de los números p -ádicos es el campo de fracciones de la completación de la localización de los enteros en el ideal primo generado por p .

Propiedades topológicas

Representación visual de la métrica 3-ádica aplicada a los Z /27 Z , los enteros módulo 27

La valuación p -ádica permite definir un valor absoluto en números p -ádicos: el valor absoluto p -ádico de un número p -ádico distinto de cero x es |incógnita|pag=pagvpag(incógnita),{\displaystyle |x|_{p}=p^{-v_{p}(x)},} dóndevpag(incógnita){\displaystyle v_{p}(x)}es la valoración p -ádica de x . El valor absoluto p -ádico de0{\displaystyle 0}es|0|pag=0.{\displaystyle |0|_{p}=0.}Este es un valor absoluto que satisface la desigualdad triangular fuerte ya que, para cada x e y :

  • |incógnita|pag=0{\displaystyle |x|_{p}=0}si y solo siincógnita=0;{\displaystyle x=0;}
  • |incógnita|pag|y|pag=|incógnitay|pag;{\displaystyle |x|_{p}\cdot |y|_{p}=|xy|_{p};}
  • |incógnita+y|pagmáximo{|incógnita|pag,|y|pag}|incógnita|pag+|y|pag.{\displaystyle |x+y|_{p}\leq \max\{|x|_{p},|y|_{p}\}\leq |x|_{p}+|y|_{p}.}

Además, si|incógnita|pag|y|pag,{\displaystyle |x|_{p}\neq |y|_{p},}entonces|incógnita+y|pag=máximo(|incógnita|pag,|y|pag).{\displaystyle |x+y|_{p}=\max {\bigl (}|x|_{p},|y|_{p}{\bigr )}.}

Esto convierte a los números p -ádicos en un espacio métrico , e incluso en un espacio ultramétrico , con la distancia p -ádica definida por dpag(incógnita,y)=|incógnitay|pag.{\displaystyle d_{p}(x,y)=|x-y|_{p}.}

Como espacio métrico, los números p -ádicos forman la completitud de los números racionales dotados del valor absoluto p -ádico. Esto proporciona otra forma de definir los números p -ádicos.

Como la métrica se define a partir de una valoración discreta , cada bola abierta también es cerrada . Más precisamente, la bola abiertaBr(incógnita)={ydpag(incógnita,y)<r}{\displaystyle B_{r}(x)=\{y\mid d_{p}(x,y)<r\}}es igual a la bola cerradaBpagv[incógnita]={ydpag(incógnita,y)pagv},{\displaystyle \textstyle B_{p^{-v}}[x]=\{y\mid d_{p}(x,y)\leq p^{-v}\},} donde v es el menor entero tal quepagv<r.{\displaystyle \textstyle p^{-v}<r.}Similarmente,Br[incógnita]=Bpagw(incógnita),{\displaystyle \textstyle B_{r}[x]=B_{p^{-w}}(x),}donde w es el mayor entero tal quepagw>r.{\displaystyle \textstyle p^{-w}>r.}

Esto implica que los números p -ádicosQpag{\displaystyle \mathbb {Q} _{p}}forman un espacio localmente compacto ( campo localmente compacto ), y los enteros p -ádicosZpag{\displaystyle \mathbb {Z} _{p}}—es decir, la pelotaB1[0]=Bpag(0){\displaystyle B_{1}[0]=B_{p}(0)}—formar un espacio compacto . [ 9 ]

El espacio de los enteros 2-ádicosZ2{\displaystyle \mathbb {Z} _{2}}es homeomorfo al conjunto de Cantordo{\displaystyle {\mathcal {C}}}. [ 10 ] [ 11 ] Esto se puede observar al considerar el mapeo continuo uno a uno.ψ:Z2do{\displaystyle \psi :\mathbb {Z} _{2}\to {\mathcal {C}}} definido por ψ: a0+a12+a222+a323+  2a03+2a132+2a233+2a334+{\displaystyle \psi :~a_{0}+a_{1}2+a_{2}2^{2}+a_{3}2^{3}+\cdots ~\longmapsto ~{\frac {2a_{0}}{3}}+{\frac {2a_{1}}{3^{2}}}+{\frac {2a_{2}}{3^{3}}}+{\frac {2a_{3}}{3^{4}}}+\cdots } Además, para cualquier p ,Zpag{\displaystyle \mathbb {Z} _{p}}es homeomorfo aZ2{\displaystyle \mathbb {Z} _{2}}y, por lo tanto, también homeomorfo al conjunto de Cantor. [ 12 ]

El dual de Pontryagin del grupo de enteros p -ádicos es el grupo p -p de Prüfer.Z(pag){\displaystyle \mathbb {Z} (p^{\infty })}y el dual de Pontryagin del p- grupo de Prüfer es el grupo de enteros p -ádicos. [ 13 ]

Propiedades modulares

El anillo cocienteZpag/pagnorteZpag{\displaystyle \mathbb {Z} _{p}/p^{n}\mathbb {Z} _{p}}puede identificarse con el anilloZ/pagnorteZ{\displaystyle \mathbb {Z} /p^{n}\mathbb {Z} }de los enteros módulopagnorte.{\displaystyle p^{n}.}Esto se puede demostrar observando que todo entero p -ádico, representado por su serie p -ádica normalizada , es congruente módulopagnorte{\displaystyle p^{n}}con su suma parciali=0norte1aipagi,{\textstyle \sum _{i=0}^{n-1}a_{i}p^{i},}cuyo valor es un número entero en el intervalo[0,pagnorte1].{\displaystyle [0,p^{n}-1].}Una verificación sencilla muestra que esto define un isomorfismo de anillos a partir deZpag/pagnorteZpag{\displaystyle \mathbb {Z} _{p}/p^{n}\mathbb {Z} _{p}}aZ/pagnorteZ.{\displaystyle \mathbb {Z} /p^{n}\mathbb {Z} .}

El límite inverso de los anillosZpag/pagnorteZpag{\displaystyle \mathbb {Z} _{p}/p^{n}\mathbb {Z} _{p}}se define como el anillo formado por las secuenciasa0,a1,{\displaystyle a_{0},a_{1},\ldots }de tal manera queaiZ/pagiZ{\displaystyle a_{i}\in \mathbb {Z} /p^{i}\mathbb {Z} }yaiai+1(modpagi){\textstyle a_{i}\equiv a_{i+1}{\pmod {p^{i}}}}por cada i .

La aplicación que mapea una serie p -ádica normalizada a la secuencia de sus sumas parciales es un isomorfismo de anillo deZpag{\displaystyle \mathbb {Z} _{p}}al límite inverso de laZpag/pagnorteZpag.{\displaystyle \mathbb {Z} _{p}/p^{n}\mathbb {Z} _{p}.}Esto proporciona otra forma de definir los enteros p -ádicos ( salvo un isomorfismo).

Esta definición de enteros p -ádicos es especialmente útil para cálculos prácticos, ya que permite construir enteros p -ádicos mediante aproximaciones sucesivas.

Por ejemplo, para calcular el inverso p -ádico (multiplicativo) de un entero, se puede usar el método de Newton , comenzando desde el inverso módulo p ; luego, cada paso de Newton calcula el inverso módulo p.pagnorte2{\textstyle p^{n^{2}}}del inverso módulopagnorte.{\textstyle p^{n}.}

El mismo método puede utilizarse para calcular la raíz cuadrada p -ádica de un entero que es un residuo cuadrático módulo p . Este parece ser el método conocido más rápido para comprobar si un entero grande es un cuadrado: basta con comprobar si el entero dado es el cuadrado del valor encontrado enZpag/pagnorteZpag{\displaystyle \mathbb {Z} _{p}/p^{n}\mathbb {Z} _{p}}Aplicar el método de Newton para hallar la raíz cuadrada requierepagnorte{\textstyle p^{n}}ser mayor que el doble del número entero dado, lo cual se cumple rápidamente.

El levantamiento de Hensel es un método similar que permite "levantar" la factorización módulo p de un polinomio con coeficientes enteros a una factorización módulopagnorte{\textstyle p^{n}}para valores grandes de n . Esto es comúnmente utilizado por los algoritmos de factorización de polinomios .

Cardinalidad

AmbosZpag{\displaystyle \mathbb {Z} _{p}}yQpag{\displaystyle \mathbb {Q} _{p}}son incontables y tienen la cardinalidad del continuo . [ 14 ] ParaZpag,{\displaystyle \mathbb {Z} _{p},}Esto resulta de la representación p -ádica, que define una biyección deZpag{\displaystyle \mathbb {Z} _{p}}en el conjunto de potencia{0,,pag1}norte.{\displaystyle \{0,\ldots ,p-1\}^{\mathbb {N} }.}ParaQpag{\displaystyle \mathbb {Q} _{p}}Esto resulta de su expresión como una unión infinita numerable de copias deZpag{\displaystyle \mathbb {Z} _{p}}: Qpag=i=01pagiZpag.{\displaystyle \mathbb {Q} _{p}=\bigcup _{i=0}^{\infty }{\frac {1}{p^{i}}}\mathbb {Z} _{p}.}

Cierre algebraico

El campoQpag{\displaystyle \mathbb {Q} _{p}}contieneQ{\displaystyle \mathbb {Q} }y es un campo de característica 0 .

Dado que 0 se puede escribir como suma de cuadrados, [ d ]Qpag{\displaystyle \mathbb {Q} _{p}} no se puede convertir en un campo ordenado .

El campo de los números realesR{\displaystyle \mathbb {R} }tiene una única extensión algebraica propia : los números complejos.do{\displaystyle \mathbb {C} }. En otras palabras, esta extensión cuadrática ya está cerrada algebraicamente . Por el contrario, el cierre algebraico deQpag{\displaystyle \mathbb {Q} _{p}}, denotadoQpag¯,{\displaystyle {\overline {\mathbb {Q} _{p}}},}tiene grado infinito, [ 15 ] es decir,Qpag{\displaystyle \mathbb {Q} _{p}}tiene infinitas extensiones algebraicas no equivalentes. También contrastando el caso de los números reales, aunque hay una extensión única de la valuación p -ádica aQpag¯,{\displaystyle {\overline {\mathbb {Q} _{p}}},}Esta última no es (métricamente) completa. [ 16 ] [ 17 ]

Su finalización (métrica) se denotadopag{\displaystyle \mathbb {C} _{p}}oΩpag{\displaystyle \Omega _{p}}, [ 17 ] [ 18 ] y a veces llamados números p -ádicos complejos por analogía con los números complejos. El campodopag{\displaystyle \mathbb {C} _{p}}es algebraicamente cerrado. [ 17 ] [ 19 ] Sin embargo, a diferencia dedo{\displaystyle \mathbb {C} }, este campo no es localmente compacto . [ 18 ]

Los camposdopag{\displaystyle \mathbb {C} _{p}}ydo{\displaystyle \mathbb {C} }son isomorfos, [ e ] por lo que podemos considerardopag{\displaystyle \mathbb {C} _{p}}comodo{\displaystyle \mathbb {C} }dotado de una métrica exótica. La prueba de existencia de tal isomorfismo de cuerpos se basa en el axioma de elección y no proporciona un ejemplo explícito de tal isomorfismo (es decir, no es constructiva ).

SiK{\displaystyle K}es cualquier extensión de Galois finita deQpag,{\displaystyle \mathbb {Q} _{p},}el grupo GaloisGalón(K/Qpag){\displaystyle \operatorname {Gal} \left(K/\mathbb {Q} _{p}\right)}es resoluble . Por lo tanto, el grupo de Galois absolutoGalón(Qpag¯/Qpag){\displaystyle {\operatorname {Gal} }{\bigl (}\,{\overline {\mathbb {Q} _{p}}}/\mathbb {Q} _{p}{\bigr )}}es prosoluble .

Grupo multiplicativo

El grupo de unidadesZpag×{\displaystyle \mathbb {Z} _{p}^{\times }}está contenido en el grupo multiplicativoQpag×=Qpag{0}{\displaystyle \mathbb {Q} _{p}^{\times }=\mathbb {Q} _{p}-\{0\}}. Tienen el mismo subgrupo de torsión (subgrupo de elementos de orden finito). El lema de Hensel implica que el subgrupo de torsión deZpag×{\displaystyle \mathbb {Z} _{p}^{\times }}mapas sobreyectivamente aFpag×{\displaystyle \mathbb {F} _{p}^{\times }}El núcleo es{1}{\displaystyle \{1\}}cuandopag>2{\displaystyle p>2}y{±1}{\displaystyle \{\pm 1\}}cuandopag=2{\displaystyle p=2}. En particular, el subgrupo de torsión deQpag×{\displaystyle \mathbb {Q} _{p}^{\times }}es cíclico de ordenpag1{\displaystyle p-1}cuandopag>2{\displaystyle p>2}y es igual a{±1}{\displaystyle \{\pm 1\}}cuandopag=2{\displaystyle p=2}. Por lo tanto, para n > 2 , el campoQpag{\displaystyle \mathbb {Q} _{p}}contiene el n -ésimo campo ciclotómico si y solo si n | p − 1 . [ 20 ]

Dado un número natural k , seaQpag×k{\displaystyle \mathbb {Q} _{p}^{\times k}}sea ​​el grupo de potencias k de elementos deQpag×{\displaystyle \mathbb {Q} _{p}^{\times }}; luego el índice(Qpag×:Qpag×k){\displaystyle (\mathbb {Q} _{p}^{\times }:\mathbb {Q} _{p}^{\times k})}es finito.

Principio local-global

Se dice que el principio local-global de Helmut Hasse se cumple para una ecuación si esta puede resolverse sobre los números racionales si y solo si puede resolverse sobre los números reales y sobre los números p -ádicos para cada primo p . Este principio se cumple, por ejemplo, para ecuaciones dadas por formas cuadráticas , pero no para polinomios de orden superior en varias indeterminadas. 

Aritmética racional con elevación de Hensel

Aplicaciones

Los números p -ádicos han aparecido en varios campos de las matemáticas, así como en la física.

Análisis

De forma similar a los campos más clásicos del análisis real y complejo , que tratan, respectivamente, de funciones sobre números reales y complejos, el análisis p -ádico estudia funciones sobre números p -ádicos. La teoría de funciones numéricas con valores complejos sobre números p -ádicos forma parte de la teoría de grupos localmente compactos ( análisis armónico abstracto ). El significado habitual del análisis p -ádico es la teoría de funciones con valores p -ádicos sobre espacios de interés.

Las aplicaciones del análisis p -ádico se han centrado principalmente en la teoría de números, donde desempeña un papel importante en la geometría diofántica y la aproximación diofántica . Algunas aplicaciones han requerido el desarrollo del análisis funcional p -ádico y la teoría espectral . En muchos sentidos, el análisis p -ádico es menos sutil que el análisis clásico , ya que la desigualdad ultramétrica implica, por ejemplo, que la convergencia de series infinitas de números p -ádicos es mucho más sencilla. Los espacios vectoriales topológicos sobre cuerpos p -ádicos presentan características distintivas; por ejemplo, los aspectos relacionados con la convexidad y el teorema de Hahn-Banach son diferentes.

Dos conceptos importantes del análisis p -ádico son el teorema de Mahler , que caracteriza toda función p -ádica continua en términos de polinomios, y la integral de Volkenborn , que proporciona un método de integración para funciones p -ádicas.

teoría de Hodge

La teoría de Hodge p -ádica es una teoría que proporciona una forma de clasificar y estudiar las representaciones de Galois p -ádicas de campos locales de característica 0 con característica residual p (como Q p ). La teoría tiene sus inicios enel estudio de Jean-Pierre Serre y John Tate sobre los módulos de Tate de variedades abelianas y la noción de representación de Hodge-Tate . Las representaciones de Hodge-Tate están relacionadas con ciertas descomposiciones de teorías de cohomología p -ádicaanálogas a la descomposición de Hodge , de ahí el nombre de teoría de Hodge p -ádica. Desarrollos posteriores se inspiraron en propiedades de las representaciones de Galois p -ádicas que surgen de la cohomología étale de variedades . Jean-Marc Fontaine introdujo muchos de los conceptos básicos del campo.

teoría de Teichmüller

La teoría de Teichmüller p -ádica describe la "uniformización" decurvas p -ádicas y sus módulos , generalizando la teoría de Teichmüller habitual que describe la uniformización de superficies de Riemann y sus módulos. Fue introducida y desarrollada por Shinichi Mochizuki .

física cuántica

La mecánica cuántica p -ádica es un conjunto de investigaciones relacionadas en física cuántica que reemplazan los números reales pornúmeros p -ádicos. Históricamente, esta investigación se inspiró en el descubrimiento de que la amplitud de Veneziano de la cuerda bosónica abierta , que se calcula mediante una integral sobre los números reales, puede generalizarse a los números p -ádicos. Esta observación dio inicio al estudio de la teoría de cuerdas p -ádicas .

Los números reales y los números p -ádicos son completaciones de los racionales; también es posible completar otros cuerpos, por ejemplo, los cuerpos numéricos algebraicos generales , de forma análoga. Esto se describirá a continuación.

Supongamos que D es un dominio de Dedekind y E es su cuerpo de fracciones . Elija un ideal primo no nulo P de D. Si x es un elemento no nulo de E , entonces xD es un ideal fraccionario y puede factorizarse de forma única como un producto de potencias positivas y negativas de ideales primos no nulos de D. Por lo tanto, al escribir ord P ( x ) para el exponente de P en esta factorización, obtenemos una valoración discreta bien definida, y para cualquier elección de número c mayor que 1 podemos establecer |incógnita|PAG=doordenPAG(incógnita).{\displaystyle |x|_{P}=c^{-\!\operatorname {ord} _{P}(x)}.} Completar con respecto a este valor absoluto |⋅| P produce un cuerpo E P , la generalización propia del cuerpo de números p -ádicos a este contexto. La elección de c no cambia la completación (diferentes elecciones producen el mismo concepto de sucesión de Cauchy, por lo tanto la misma completación). Es conveniente, cuando el cuerpo residual D / P es finito, tomar para c el tamaño de D / P .

Por ejemplo, cuando E es un cuerpo numérico y D es su anillo de enteros , el teorema de Ostrowski afirma que todo valor absoluto no trivial no arquimediano en E surge como algún |⋅| P . Los demás valores absolutos no triviales en E surgen de las diferentes incrustaciones de E en los números reales o complejos. (De hecho, los valores absolutos no arquimedianos pueden considerarse simplemente como las diferentes incrustaciones de E en los cuerpos C p , lo que sitúa la descripción de todos los valores absolutos no triviales de un cuerpo numérico en una base común).

A menudo, es necesario realizar un seguimiento simultáneo de todas las completaciones mencionadas anteriormente cuando E es un campo numérico (o, más generalmente, un campo global ), que se consideran codificadores de información "local". Esto se logra mediante anillos adele y grupos idele .

Los enteros p -ádicos pueden extenderse a solenoides p -ádicos.Tpag{\displaystyle \mathbb {T} _{p}}. Hay un mapa deTpag{\displaystyle \mathbb {T} _{p}}al grupo circular cuyas fibras son los enteros p -ádicosZpag{\displaystyle \mathbb {Z} _{p}}, en analogía con cómo hay un mapa deR{\displaystyle \mathbb {R} }al círculo cuyas fibras sonZ{\displaystyle \mathbb {Z} }.

Los enteros p -ádicos también pueden extenderse a enteros profinitos.Z^{\displaystyle {\widehat {\mathbb {Z} }}}, que puede entenderse como el producto directo de anillosZ^=pagZpag.{\displaystyle {\widehat {\mathbb {Z} }}=\prod _{p}\mathbb {Z} _{p}.} A diferencia de los enteros p -ádicos que solo generalizan el módulo sobre potencias de primos p k , los enteros profinitos generalizan el módulo sobre todos los números naturales n . El teorema chino del resto implica asimismo una estructura deZnorte{\displaystyle \mathbb {Z} _{n}}para bases compuestas: para cualquier n que tenga al menos dos factores primos distintos, el anillo entero n -ádicoZnorte{\displaystyle \mathbb {Z} _{n}}es isomorfo apag|norteZpag{\displaystyle \prod _{p|n}\mathbb {Z} _{p}}. [ 21 ]

Véase también

Notas a pie de página

Notas

  1. En este artículo, a menos que se indique lo contrario, p denota un número primo que se fija una vez para siempre.
  2. Introducción del traductor, página 35 : "En efecto, en retrospectiva se hace evidente quedetrás del concepto de números ideales de Kummer subyace una valoración discreta ." ( Dedekind y Weber, 2012 , pág. 35)
  3. A menudo se utiliza una notación similar para los enteros módulo p . Cuando es posible la confusión, la notaciónZ/pagZ{\displaystyle \mathbb {Z} /p\mathbb {Z} },Z/(pag){\displaystyle \mathbb {Z} /(p)}, oZ/pag{\displaystyle \mathbb {Z} /p} se usa comúnmente para los enteros módulo p .
  4. Según el lema de HenselQ2{\displaystyle \mathbb {Q} _{2}}contiene una raíz cuadrada de −7 , de modo que22+12+12+12+(7)2=0,{\displaystyle 2^{2}+1^{2}+1^{2}+1^{2}+\left({\sqrt {-7}}\right)^{2}=0,}y si p > 2 entonces también por el lema de HenselQpag{\displaystyle \mathbb {Q} _{p}}contiene una raíz cuadrada de 1 − p , por lo tanto (pag1)×12+(1pag)2=0.{\displaystyle (p-1)\times 1^{2}+\left({\sqrt {1-p}}\right)^{2}=0.}
  5. Dos cuerpos algebraicamente cerrados son isomorfos si y solo si tienen el mismo grado de característica y trascendencia (véase, por ejemplo, Álgebra X de Lang §1), y ambosdopag{\displaystyle \mathbb {C} _{p}}ydo{\displaystyle \mathbb {C} }tienen característica cero y la cardinalidad del continuo.

Citas

  1. ( Hensel 1897 )
  2. 1 2 3 4 ( Chen , Capítulo 27)
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  5. 1 2 ( Gouvêa 1997 , p. 18) 
  6. ( Koblitz 1984 , págs. 14-15) 
  7. ( Hazewinkel 2009 , pág. 342) 
  8. ( Hehner y Horspool, 1979 , págs. 124-134) 
  9. ( Gouvêa 1997 , Corolario 4.2.7)
  10. ( Robert 2000 , Capítulo 1 Sección 2.3)
  11. ( Gouvêa 1997 , Teorema 4.4.1)
  12. ( Gouvêa 1997 , Teorema 4.4.2)
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  14. ( Robert 2000 , Capítulo 1 Sección 1.1)
  15. ( Gouvêa 1997 , Corolario 5.3.10)
  16. ( Gouvêa 1997 , Teorema 5.7.4)
  17. 1 2 3 ( Cassels 1986 , pág. 149) 
  18. 1 2 ( Koblitz 1980 , p. 13) 
  19. ( Gouvêa 1997 , Proposición 5.7.8)
  20. ( Gouvêa 1997 , Proposición 3.4.2)
  21. Lang, Serge (2002), Álgebra , Textos de posgrado en matemáticas , vol.  211 (tercera edición revisada  ), Nueva York: Springer-Verlag, pág.  91, ISBN 978-0-387-95385-4, MR 1878556 , Zbl 0984.00001  

Referencias

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Lecturas adicionales

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