Кіріспе

Алгебралық сандар теориясында квадраттық өріс — рационалдық сандарға қатысты 2-дәрежелі алгебралық сан өрісі. Кез келген мұндай квадраттық өріс — бұл түріндегі өріс, мұнда *d* — (бірегей анықталған) -1 және 0-ден өзге квадрат түбірі жоқ бүтін сан. Егер *d* оң болса, сәйкес квадраттық өріс нақты квадраттық өріс деп аталады, ал егер *d* теріс болса, ол жорамал квадраттық өріс немесе кешенді квадраттық өріс деп аталады, бұл нақты сандар өрісінің ішкі өрісі болып табыса ма, жоқ па, соған байланысты. Квадраттық өрістер терең зерттелді, бастапқыда бинарлық квадраттық формалар теориясының бір бөлігі ретінде. Әлі де шешілмеген мәселелер бар. Сынып санының мәселесі ерекше маңызды.

Дискриминациялық

Нөлден өзгеше квадраттық еркін бүтін сан үшін, квадраттық өрістің дискриминанты егер модульге конгруэнтті болса, ал болмаса . Мысалы, егер болса, онда Гаусс рационалдарының өрісі және дискриминанты болады. Мұндай ерекшеліктің себебі, өрістің бүтін сандар сақинасы бірінші жағдайда - арқылы, ал екінші жағдайда - арқылы туындайды. Квадраттық өрістердің дискриминанттары жиыны – нақты фундаментальды дискриминанттар жиыны.

Идеалдарға негізгі факторлау

Кез келген жай сан квадраттық өрістің бүтін сандар сақинасында идеал тудырады. Галуа кеңейтулеріндегі жай идеалдардың бөлінуінің жалпы теориясына сәйкес, бұл идеал инерт болуы мүмкін. Бұл жағдайда, қалдық сақина элементтері бар шекті өріс болады: идеал екі әртүрлі жай идеалдың көбейтіндісіне бөлінеді. Бұл жағдайдағы қалдық сақина – көбейтінді болады. Идеал тармақталады – ол жай идеалдың квадраты болады. Қалдық сақинада нөлдік емес нильпотент элементтер бар. Үшінші жағдай тек және ғана дискриминантты бөлетін болса ғана пайда болады. Бірінші және екінші жағдайлар Кронекер символы тиісінше 1-ге және -1-ге тең болғанда пайда болады. Мысалы, егер p – b-ға бөлінбейтін тақ жай сан болса, онда p идеал бөлінеді, егер және тек ғана p сандың квадратына модуль бойынша конгруэнтті болса. Бірінші екі жағдай, белгілі бір мағынада, жай сандардың арасында тең мүмкіндікпен кездеседі – қараңыз, Чеботарёв тығыздық теоремасы. Квадраттық өзаралық заң квадраттық өрістегі жай санның бөліну мінез-құлқы тек модуль бойынша ғана тәуелді екенін көрсетеді, мұндағы – өріс дискриминанты.

Басты циклотомдық өрістің квадраттық қосалқы өрісі

Квадраттық өріс құрудың классикалық мысалы – бірліктің примитивті th түбірімен туындаған циклотомдық өріс ішіндегі бірегей квадраттық өрісті алу, мұнда p – тақ сан. Бірегейлік Галуа теориясының салдарынан туындайды, Галуа тобында p индексінің бірегей кіші тобы бар. Гаусс кезеңінде түсіндірілгендей, квадраттық өрістің дискриминанты p=3 үшін 3, ал p=7 үшін 7 болады. Бұл жеткілікті тармақталу теориясынан да болжауға болады. Шындығында, циклотомдық өрісте таралатын жалғыз жай сан p болып табылады, сондықтан ол квадраттық өрістің дискриминантын бөлетін жалғыз жай сан. Бұл тиісті жағдайларда "басқа" дискриминанттарды – 3 және 7-ні жоққа шығарады.

Басқа циклотомдық өрістер

Егер басқа циклотомиялық өрістерді қарастырсақ, олардың Галуа топтарында қосымша бұрылыс болады, сондықтан кем дегенде үш квадраттық өріс қамтиды. Жалпы, дискриминанты бар квадраттық өріс, бірліктің th түбірінің циклотомиялық өрісінің ішкі өрісі ретінде алынуы мүмкін. Бұл, квадраттық өрістің өткізгіші оның дискриминантының абсолюттік мәніне тең екендігін көрсетеді, бұл өткізгіш-дискриминант формуласының ерекше жағдайы.

Кіші дискриминанттың квадраттық сандар өрістерінің реті

Келесі кестеде квадраттық өрістердің кіші дискриминантының кейбір реттері көрсетілген. Алгебралық сандар өрісінің ең үлкен реті – оның бүтін сандар сақинасы, ал ең үлкен реттің дискриминанты – өрістің дискриминанты болып табылады. Максималды емес реттің дискриминанты – бұл сәйкес максималды реттің дискриминанты мен максималды емес реттің негізін максималды реттің негізі арқылы білдіретін матрицаның детерминантының квадратының көбейтіндісі. Барлық осы дискриминанттарды формула арқылы анықтауға болады. Нақты квадраттық бүтін сандар сақиналары үшін бірегей факторлаудың сәтсіздігін өлшейтін идеалдық сынып нөмірі OEIS A003649-да берілген; ал жорамал жағдайы үшін олар OEIS A000924-де берілген. Рет Дискриминант Сынып саны Бөлшектер Ескертулер Идеалдық кластар , Басты идеалдық домен, Евклидтік емес Максималды емес рет Идеалдық кластар , Максималды емес рет Евклидтік Евклидтік Клейн бүтін сандары (циклдік рет) Гаусс бүтін сандары Эйзенштейн бүтін сандары Сынып тобы циклдік емес: (норма) (норма) (норма) (норма) (норма) (норма) Максималды емес рет. Осы мысалдардың кейбіреулері Артиннің «Алгебра» (2-ші басылым), §13.8-де келтірілген.