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定理証明済み

オストロフスキーの定理(1916年)

内容

Q\mathbb{Q} 上の任意の非自明な絶対値は、通常の絶対値 ∣⋅∣∞|\cdot|_\infty と同値であるか、ちょうど1つの素数 pp に対する ∣⋅∣p|\cdot|_p と同値であるかのいずれかである。

なぜ正しいのか?

これは、Q\mathbb{Q} の「場所」——大きさを測り体を完備化する本質的に異なる方法——が、通常の絶対値を表す1つの追加の「無限素点」∞\infty とともに、古典的な素数 2,3,5,7,…2, 3, 5, 7, \dots そのものであることを示している。∞\infty を構造的に他のどの pp とも区別するものは何もなく、たまたまそれが唯一のアルキメデス的な場所であるにすぎない。この1つの事実こそが、アデールと現代数論全体の局所大域哲学の種である:Q\mathbb{Q} を理解するには、すべての場所 R,Q2,Q3,Q5,…\mathbb{R}, \mathbb{Q}_2, \mathbb{Q}_3, \mathbb{Q}_5, \dots を同時に研究すればよい。

証明の概略

概略。∣⋅∣|\cdot| を Q\mathbb{Q} 上の非自明な絶対値とする。場合1(非アルキメデス): すべての整数 nn について ∣n∣≤1|n| \le 1 ならば、集合 p={n∈Z:∣n∣<1}\mathfrak{p} = \{n \in \mathbb{Z} : |n| < 1\} は Z\mathbb{Z} の素イデアルである(Z\mathbb{Z} 上 ∣n∣≤1|n|\le1 を満たす任意の絶対値が自動的に満たす超距離不等式により加法で閉じており、素性により乗法でも閉じている)。したがって一意の素数 pp について p=(p)\mathfrak{p} = (p) であり、∣p∣|p| を p−1p^{-1} と比較し乗法性を用いると ∣⋅∣|\cdot| が ∣⋅∣p|\cdot|_p と同値であることが分かる。場合2(アルキメデス): ある整数 n0n_0 について ∣n0∣>1|n_0| > 1 ならば、n0n_0 を底として任意の整数 n>1n > 1 を表し、三角不等式と ∣n0k∣=∣n0∣k→∞|n_0^k| = |n_0|^k \to \infty を用いて ∣n∣|n| を nn 自身の冪で上下から評価すると、nn に依存しない定数 c∈(0,1]c \in (0,1] について ∣n∣=nc|n| = n^c が強制される;これにより ∣⋅∣|\cdot| は ∣⋅∣∞|\cdot|_\infty と同値になる。

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