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크로네커-베버 정리

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1. 개요

크로네커-베버 정리는 유리수체의 모든 유한 아벨 확장은 원분체의 부분체라는 정리이다. 즉, 유리수에 단위근을 첨가하여 얻은 체의 부분체임을 의미한다. 이 정리를 통해 대수적 수체의 도수를 정의할 수 있으며, 이차 체의 도수는 판별식의 절댓값과 같다. 이 정리는 1853년 레오폴트 크로네커에 의해 처음 언급되었고, 하인리히 마르틴 베버가 증명을 발표했으나, 다비트 힐베르트가 완전한 증명을 제시했다. 국소 크로네커-베버 정리는 임의의 국소체의 아벨 확장이 원분 확장과 루빈-테이트 확장을 사용하여 구성될 수 있음을 보여준다. 힐베르트의 열두 번째 문제는 크로네커-베버 정리를 유리수 이외의 체로 일반화하는 것을 묻는다.

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크로네커-베버 정리
일반 정보
이름크로네커-베버 정리
분야대수적 수론
설명모든 유한 아벨 확대는 원분체에 포함된다.
내용
역사
중요성
의의류빌 수와 같은 초월수를 연구하는 데 중요한 도구로 사용됨.
응용유체 역학과 같은 분야에서도 응용됨.

2. 체론적 정식화

크로네커-베버 정리는 와 체 확대의 관점에서 다음과 같이 기술할 수 있다. 유리수체 '''Q'''의 모든 유한 아벨 확대는 원분체의 부분체이다. 즉, '''Q'''에 대한 갈루아 군아벨 군대수적 수체는 유리수에 단위근을 첨가하여 얻은 체의 부분체이다.[1]

주어진 '''Q'''의 아벨 확대 ''K''에 대해, ''K''를 포함하는 최소 원분체가 존재한다. 이 정리에 의해 ''K''의 도수 ''n''을, ''K''가 1의 ''n'' 제곱근에 의해 생성되는 체에 포함되는 최소의 정수 ''n''으로 정의할 수 있다.[1]

2. 1. 예

예를 들어, 갈루아 군\mathbb Z/2\mathbb Q[\sqrt 5]/\mathbb Q는 유리수체의 아벨 확대이다. 따라서 \sqrt5는 1의 거듭제곱근들의 유리수 계수 선형결합으로 나타낼 수 있다. 구체적으로,

:\sqrt{5} = e^{2 \pi i / 5} - e^{4 \pi i / 5} - e^{6 \pi i / 5} + e^{8 \pi i / 5}

이다. 즉, \mathbb Q[\sqrt5]원분체 \mathbb Q[\exp(2\pi i/5)]의 부분체이다.

주어진 아벨 확대 ''K'' of '''Q'''에 대해 이를 포함하는 ''최소'' 원분체가 존재한다. 이 정리를 통해 ''K''의 도수를 ''K''가 ''n''차 단위근에 의해 생성된 체 안에 포함되도록 하는 가장 작은 정수 ''n''으로 정의할 수 있다. 예를 들어, 이차 체의 도수는 그 판별식의 절댓값과 같으며, 이는 류수론에서 일반화되는 사실이다.

3. 역사

이 정리는 1853년 독일레오폴트 크로네커가 처음 언급했지만, 증명은 완벽하지 못했다.[1][2] 1886년 또 다른 독일 수학자인 하인리히 마르틴 베버가 완벽해 보이는 증명을 출판하여 이 둘의 이름이 붙었다. 그러나 베버의 첫 증명에는 약간의 비약과 오류가 있었고, 1981년 올라프 노이만(Olaf Neumann)이 논문을 통해 이를 바로잡았다.[3] 1896년 다비트 힐베르트가 처음으로 이 정리의 올바르고 완전한 증명에 성공하였다.[4]

4. 일반화

러빈과 테이트는 임의의 국소체의 아벨 확장이 원분 확장과 러빈-테이트 확장을 사용하여 구성될 수 있음을 보였다.[1] 힐베르트의 열두 번째 문제는 크로네커-베버 정리를 유리수 이외의 기저 체로 일반화하는 것을 묻고, 해당 체에 대한 단위 근의 유사물이 무엇인지를 묻는다. 아벨 확장에 대한 다른 접근 방식은 류수론에 의해 제공된다.

4. 1. 국소적 크로네커-베버 정리

미국의 조너선 루빈과 존 테이트1965년, 1966년 두 논문을 통해 크로네커-베버 정리의 국소화된 판본을 발표하였다. 여기서 루빈과 테이트는 국소체의 임의 아벨 확대는 원분 확대와 루빈-테이트 확대만으로 구성될 수 있다는 것을 보였다. 루빈과 테이트는 임의의 국소체의 아벨 확장이 원분 확장과 루빈-테이트 확대를 사용하여 구성될 수 있음을 명시하는 국소 크로네커-베버 정리를 증명했다.[1]

4. 2. 힐베르트의 열두 번째 문제

힐베르트의 열두 번째 문제는 크로네커-베버 정리를 유리수 이외의 기저 체로 일반화하는 것을 묻고, 해당 체에 대한 단위 근의 유사물이 무엇인지를 묻는다. 아벨 확장에 대한 다른 접근 방식은 류수론에 의해 제공된다.

참조

[1] 서적 Über die algebraisch auflösbaren Gleichungen http://books.google.[...] Berlin K. Akad 1853
[2] 서적 Über Abelsche Gleichungen http://books.google.[...] Berlin K. Akad 1877
[3] 간행물 Two proofs of the Kronecker-Weber theorem "according to Kronecker, and Weber" http://resolver.sub.[...] 1981
[4] 저널 Ein neuer Beweis des Kronecker'schen Fundamentalsatzes über Abel'sche Zahlkörper http://resolver.sub.[...] 1896



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