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定理証明済み

超距離不等式(強三角不等式)

内容

任意の x,y∈Qpx, y \in \mathbb{Q}_p に対して ∣x+y∣p≤max⁡(∣x∣p,∣y∣p)|x+y|_p \le \max(|x|_p, |y|_p) が成り立ち、∣x∣p≠∣y∣p|x|_p \ne |y|_p であれば常に等号 ∣x+y∣p=max⁡(∣x∣p,∣y∣p)|x+y|_p = \max(|x|_p, |y|_p) が成り立つ。

なぜ正しいのか?

これは pp進世界を通常の幾何学から分ける決定的な特徴であり、すべての三角形を二等辺三角形にする。3点の間の3つのペア距離を dp(x,z)=∣x−z∣pd_p(x,z) = |x-z|_p、dp(x,y)d_p(x,y)、dp(y,z)d_p(y,z) とすると、そのうち最大の2つは等しくなければならない。1辺が他の2辺より真に長い pp進三角形というものは存在しない——これは R\mathbb{R} 上の通常の絶対値には対応物のない描像である。

証明の概略

x=pvp(x)ux = p^{v_p(x)} u、y=pvp(y)wy = p^{v_p(y)} w と書く。ここで u,wu, w は Zp\mathbb{Z}_p の単元(すなわち ∣u∣p=∣w∣p=1|u|_p = |w|_p = 1)とし、一般性を失うことなく vp(x)≤vp(y)v_p(x) \le v_p(y)、したがって ∣x∣p≥∣y∣p|x|_p \ge |y|_p とする。小さい方の冪をくくり出すと x+y=pvp(x)(u+pvp(y)−vp(x)w)x + y = p^{v_p(x)}(u + p^{v_p(y)-v_p(x)} w)。括弧内は Zp\mathbb{Z}_p の元同士の和なので本物の Zp\mathbb{Z}_p の元であり、その pp進絶対値は ≤1\le 1 である;したがって ∣x+y∣p≤p−vp(x)=∣x∣p=max⁡(∣x∣p,∣y∣p)|x+y|_p \le p^{-v_p(x)} = |x|_p = \max(|x|_p, |y|_p) となり不等式が示される。さらに vp(x)<vp(y)v_p(x) < v_p(y) が真に成り立つ(すなわち ∣x∣p≠∣y∣p|x|_p \ne |y|_p)ならば、pvp(y)−vp(x)w≡0(modp)p^{v_p(y)-v_p(x)} w \equiv 0 \pmod p である一方 uu は単元なので、u+pvp(y)−vp(x)w≡u≢0(modp)u + p^{v_p(y)-v_p(x)} w \equiv u \not\equiv 0 \pmod p もまた単元であり、ゆえに ∣x+y∣p=p−vp(x)|x+y|_p = p^{-v_p(x)} が正確に成り立ち、等号が得られる。

この定理を使うトピック

ステップごとの証明

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参考文献

  1. Neal Koblitz (1984). p-adic Numbers, p-adic Analysis, and Zeta-Functions · DOI:10.1007/978-1-4612-1112-9
  2. Peter Scholze (2012). Perfectoid spaces · arXiv:1111.4914