이차 수체
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
1. 개요
이차 수체는 유리수체에 제곱 인수가 없는 정수 d의 제곱근 √d를 첨가하여 얻어지는 대수적 수체로, 꼴은 ℚ(√d)이다. d > 0이면 실수 이차 수체, d < 0이면 복소 이차 수체라고 부른다. 이차 수체의 대수적 정수환의 원소를 이차 정수라고 한다. 이차 수체는 정수환, 판별식, 소수의 분기화, 유수 등 다양한 성질을 가지며, 원분체, 이차 형식, 초등 정수론 등 다른 수학 분야와도 관련이 있다.
더 읽어볼만한 페이지
- 체론 - 분해체
분해체는 체 K 위의 다항식 p(X)가 일차 인자의 곱으로 완전 인수분해되고 그 근들에 의해 K 위에서 생성되는 체 확대 L을 의미하며, 동형을 제외하고 유일하고 갈루아 군과 관련이 있다. - 체론 - 체 (수학)
체는 사칙연산이 자유롭고, 0이 아닌 모든 원소가 곱셈에 대한 역원을 갖는 가환환으로, 수학, 물리학, 공학 등 다양한 분야에서 기본적인 역할을 하는 대수 구조이다. - 대수적 수론 - 아이디얼
아이디얼은 유사환에서 환의 원소와의 곱셈에 대해 닫혀 있는 부분군으로, 왼쪽, 오른쪽, 양쪽 아이디얼로 나뉘며 가환환에서는 세 개념이 일치하고, 환 준동형사상의 핵으로 나타나 잉여환을 정의하는 데 사용되며, 아이디얼 수 개념에서 유래하여 추상대수학의 주요 개념으로 확장되었다. - 대수적 수론 - 밀너 환
밀너 환은 체 위의 가역원군으로 정의되는 등급환으로, 각 등급 성분인 밀너 K군은 대수적 K-이론, 고차 류체론, 갈루아 코호몰로지, 에탈 코호몰로지, 이차 형식 등 여러 수학 분야와 연결되는 심오한 추측들과 연관된다.
2. 정의
'''이차 수체'''(二次數體)는 유리수체에 제곱 인수가 없는 정수 d(≠ 1)의 제곱근 √d 를 첨가하여 얻어지는 대수적 수체이다. 즉, 의 꼴이다.
만약 이면 '''실수 이차 수체'''(實數二次數體, real quadratic field영어)라고 하고, 이면 '''복소 이차 수체'''(複素二次數體, complex quadratic field영어)라고 한다. 이차 수체의 대수적 정수환의 원소를 '''이차 정수'''(二次整數, quadratic integer영어)라고 한다.
2. 1. 실수 이차 수체
가 양수인 경우, 실수 이차 수체라고 불린다. 유수가 인 실수 이차 수체 의 들의 목록은 다음과 같다.
2. 2. 복소 이차 수체
가 음수인 경우, 이차 수체를 복소 이차 수체라고 부른다. 유수가 인 허수 이차 수체 의 들의 목록은 다음과 같다. 작은 에 대하여 이 목록은 유한하며, 특히 인 경우를 '''헤그너 수'''라고 한다.
3. 성질
3. 1. 정수환
이차 수체 의 대수적 정수환은 다음과 같다.
:
이차 정수는 대수적 정수환의 한 예이다.
임의의 이차체는 갈루아 확대체이며, 갈루아 군은 순환군이 된다. 그 정수환이 노름 유클리드 정역이 되는 이차체 는, ''d'' = −11, −7, −3, −2, −1, 2, 3, 5, 6, 7, 11, 13, 17, 19, 21, 29, 33, 37, 41, 57, 73 뿐이다. 또한, 정수환이 유일 인수 분해 정역이 되는 허 이차체 는, ''d'' = −1, −2, −3, −7, −11, −19, −43, −67, −163 뿐이다.
임의의 이차체 ''K''에 대해, 유리 소수 ''p''는 다음 중 하나를 만족한다.
# (는 서로 다른 ''K''의 소 아이디얼) (이때, ''p''는 ''K''에서 '''완전 분해'''라고 한다.)
# (는 ''K''의 소 아이디얼) (이때, ''p''는 ''K''에서 '''비분해'''라고 한다.)
# 는 ''K''의 소 아이디얼이다. (이때, ''p''는 ''K''에서 '''비분기'''라고 한다.)
3. 2. 판별식
이차 수체 의 판별식은 다음과 같다.[11]
:
이는 인 경우에는
:
이지만, 인 경우에는
:
이기 때문이다.
판별식이 인 이차 수체 의 대수적 정수환은 다음과 같이 쓸 수 있다.
:
0이 아닌 제곱 인수가 없는 정수 에 대해, 가 를 modulo로 하여 과 합동이면 이고, 그렇지 않으면 이다. 예를 들어, 가 이면, 가우스 유리수의 체이고, 판별식은 이다.[11]
이차 체의 판별식 집합은 정확히 기본 판별식 집합이다(기본 판별식이지만 이차 체의 판별식이 아닌 은 제외).[11]
3. 3. 소수의 분기화
체의 확대 ${\mathbb Q(\sqrt d)/\mathbb Q}$에서, 유리 소수 $p\in\mathbb Z$는 확대에 따라서 다음과 같은 분기화를 보인다.
소수 $p$는 이차수체 $K$의 정수환 $\mathcal{O}_K$에 이상 $p\mathcal{O}_K$를 생성한다. 갈루아 확대에서의 소 이상 분해의 일반적인 이론에 따르면, 이는 다음과 같다.[1]
세 번째 경우는 $p$가 판별식 $D$를 나눌 때만 발생한다. 첫 번째와 두 번째 경우는 크로네커 기호 $(D/p)$가 각각 $-1$과 $+1$일 때 발생한다. 예를 들어, $p$가 $D$를 나누지 않는 홀수 소수이면, $D$가 $p$를 법으로 제곱수와 합동일 때만 $p$가 분기한다. 소수 $p$가 소수를 통해 실행될 때, 어떤 의미에서는 발생할 가능성이 동일하다—체보타레프 밀도 정리를 참조하라.[2]
이차 상호 법칙에 따르면, 이차 체에서 소수 $p$의 분해 행동은 $p$ 모듈로 $D$에만 의존하며, 여기서 $D$는 체의 판별식이다.
$\left(\frac{a}{p}\right)$를 르장드르 기호라고 하면, 다음이 성립한다.
: $\Longleftrightarrow$ $(p)$는 $\scriptstyle\mathbb{Q}(\sqrt{a})$ 상에서 서로 다른 두 개의 소수 아이디얼의 곱으로 나타낼 수 있다.
이로부터, 이차 체 위에서 어떤 소수가 두 개의 소수 아이디얼로 분해되는지를 고찰함으로써, 제곱 잉여의 상호 법칙, 제1 보충 법칙, 제2 보충 법칙을 나타낼 수 있다.
3. 4. 유수 (Class Number)
이차 수체의 유수는 매우 불규칙하다.
이차 수체의 class group을 결정하는 것은 민코프스키 경계와 크로네커 기호를 사용하여 수행할 수 있는데, 이는 class group의 유한성 때문이다.[3] 이차 체 는 판별식
을 가지므로 민코프스키 경계는 다음과 같다.[4]