定理証明済み
ヘンゼルの補題
内容
f(X)∈Zp[X] とし、a∈Zp が f(a)≡0(modp) かつ f′(a)≡0(modp)(**法 p での単純根**)を満たすとする。このとき f(α)=0 を正確に満たし α≡a(modp) となる α∈Zp が一意に存在する。
なぜ正しいのか?
これはニュートン法の p進版のいとこだが、単に近似的に収束するのではなく正確に収束する点が異なる:Qp が完備で ∣⋅∣p が超距離的であるため、ニュートン反復 an+1=an−f(an)/f′(an) は根に近づくだけでなく、桁ごとに安定し、無限回の修正の末にぴったり根に到達する。法 p での単純根は Zp の本物の根へと一意に「持ち上がる」ことが保証されており、有限で検証可能な合同条件を正確な p進数の存在証明へと変えるのである。
証明の概略
α を逐次近似 a=a0,a1,a2,⋯∈Zp の極限として、an+1=an−f(an)/f′(an) により構成する。帰納法により vp(f(an))≥n+1 かつ vp(f′(an))=vp(f′(a))=0 が全ての n で成り立つことを示す(各段階で an+1≡an(modp) なので導関数は単元のままであり、常に f′(an)≡f′(a)≡0(modp) である)。すると vp(an+1−an)=vp(f(an))−vp(f′(an))≥n+1 となるので (an) は p進距離でコーシー列であり、Zp の完備性によりある α≡a(modp) に収束し、f の連続性から f(α)=limf(an)=0 が従う。一意性:β=α が β≡a(modp) を満たす別の根であったとすると、平均値定理/テイラー展開 f(β)−f(α)=(β−α)(f′(α)+p(⋯)) において f′(α) が単元であることから β=α が強制される。
ステップごとの証明
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