十九世纪的数论(二+)

库默尔是研究单位根形成的代数数,而高斯的学生戴德金(Julius Wilhelm Richard Dedekind,1831-1916)用一种全新的形式探讨唯一因子分解问题,他出生在不伦瑞克,31岁时回到不伦瑞克,在当地高等技术学校当了50年教师,1871年他编辑狄利克雷的《数论》第二版,在附录中发表了他的结果。在第三、四版《数论》中他又扩展了这些结果,创立了现代代数数的理论。
戴德金的代数数理论是高斯复整数和库默尔代数数的一般化,但和高斯复整数有一些差别,如果数r是方程a_0x^n+a_1x^{n-1}+\dots+a_{n-1}x+a_n=0的根(方程次数为n)就称r为一个n次代数数,式中ai是普通整数(a0不为0),如果a0为1,则所有解叫做n次代数整数。代数整数的和、差、积仍是代数整数,如果一个代数整数是有理数,则它是普通整数。
在新定义下,一个代数整数可以包括普通分数,如(-13+\sqrt{-115})/2是一个二次代数整数,因为它是x^2+13x+71=0的根,反之(1-\sqrt{-5})/2是一个二次代数数但不是代数整数,因为它是2x^2-2x+3=0的根。
戴德金接着引入数域的概念,数域是一个实数或复数的集合F,如果α,β属于F,则α+β,α-β,αβ,α/β(β≠0)都属于F,每个数域都包含有理数,因为如果α属于数域F,则α/α=1也属于F,1+1,1+2等都属于F。一切代数数的集合形成一个域。
如果从有理数域出发,而θ是一个n次代数数,则θ和自身及有理数在四种运算下形成的集合也是n次域,这个域也可以说是包含有理数和θ的最小域,也称有理数的扩域。这样的域不包含所有代数数,而是一个特殊的代数数域,现在常记为R(θ)。令f(x),g(x)为有理系数的多项式,f(θ)/g(θ)在域R(θ)中,且R(θ)中的任何数a能表示为a=a_0\theta^{n-1}+a_1\theta^{n-2}+\dots+a_{n-1},ai是普通有理数。此外域中存在n个代数整数θ1,θ2,...,θn使域中所有代数整数都有形式A1θ1+A2θ2+...+Anθn,Ai是普通的正或负整数。
戴德金引入了环的概念,环是一个集合,如果α和β属于该集合,则α+β,α-β,αβ也属于该集合,所有代数整数的集合形成一个环,任何一个特殊代数数域中的一切代数整数也形成环。
如果存在一个代数整数γ使α=βγ,就说代数整数α能被代数整数β整除,如果j是一个代数整数并能整除代数数域中的每个其它整数,就称j是该域的一个可逆元素,这些可逆元素包括±1,是普通数论中可逆元素±1的一般化。如果代数整数α不是0或可逆元素,且能分解为βγ(β和γ也属于该域,β或γ是该域中的可逆元素),则称α是一个素数。

下面讨论算数基本定理成立的范围。在一切代数整数所形成的环中没有素数。考虑特殊的代数数域R(θ)中的整数环,如域a+b\sqrt{-5},其中a,b是普通的有理数,在这个域中唯一因子分解不成立,如21=3·7=(4+\sqrt{-5})(4-\sqrt{-5})=(1+2\sqrt{-5})(1-2\sqrt{-5}),这四个因子都是素数,它们不能分解为形如(c+d\sqrt{-5})(e+f\sqrt{-5})的乘积,其中cdef是整数。
再考虑域a+b\sqrt{6},a,b是普通有理数,对这种数进行四种代数运算仍能得到这种数。限定a,b是整数,则得到这个域的(2次)代数整数,在这个域中可将可逆元素等价定义为:若1/M也是代数整数,则代数整数M是可逆元素,于是±1和5±2√6是可逆元素。每个整数都可被任意可逆元素整除,如果域中的一个代数整数只能被自身和可逆元素整除,则它为素数。6=2·3=√6·√6的分解因子不是素数,正确的分解是6=(2+√6)(-2+√6)(3+√6)(3-√6),此时唯一分解成立。
在特殊代数数域的整数环中,代数整数总能分解成素因数,但唯一分解一般不成立,对形如a+b\sqrt{-D}的域,D取不为平方数整除的正整数,对直到10^9的D仅当D=1,2,3,7,11,19,43,67,163时唯一因子分解成立,因此代数数本身不具备唯一因子分解性。

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 217,907评论 6 506
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 92,987评论 3 395
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 164,298评论 0 354
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 58,586评论 1 293
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 67,633评论 6 392
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 51,488评论 1 302
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 40,275评论 3 418
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 39,176评论 0 276
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 45,619评论 1 314
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 37,819评论 3 336
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 39,932评论 1 348
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 35,655评论 5 346
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 41,265评论 3 329
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 31,871评论 0 22
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,994评论 1 269
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 48,095评论 3 370
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 44,884评论 2 354

推荐阅读更多精彩内容