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定理已证明

超度量不等式(强三角不等式)

命题陈述

对任意 x,y∈Qpx, y \in \mathbb{Q}_p,都有 ∣x+y∣p≤max⁡(∣x∣p,∣y∣p)|x+y|_p \le \max(|x|_p, |y|_p),并且只要 ∣x∣p≠∣y∣p|x|_p \ne |y|_p,等号 ∣x+y∣p=max⁡(∣x∣p,∣y∣p)|x+y|_p = \max(|x|_p, |y|_p) 就成立。

为什么成立?

这正是把 pp进世界与普通几何区分开来的决定性特征:它迫使每个三角形都是等腰三角形。若 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) 是三点两两之间的三个距离,那么其中最大的两个必然相等。不存在某条边严格长于另外两条边的 pp进三角形——这幅图景在 R\mathbb{R} 上的普通绝对值中完全没有对应物。

证明思路

记 x=pvp(x)ux = p^{v_p(x)} u,y=pvp(y)wy = p^{v_p(y)} w,其中 u,wu, w 是 Zp\mathbb{Z}_p 中的单位元(即 ∣u∣p=∣w∣p=1|u|_p = |w|_p = 1),不失一般性设 vp(x)≤vp(y)v_p(x) \le v_p(y),于是 ∣x∣p≥∣y∣p|x|_p \ge |y|_p。提出较小的幂: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)。括号中的项是 Zp\mathbb{Z}_p 中元素之和,因而本身就是 Zp\mathbb{Z}_p 的元素,其 pp进绝对值 ≤1\le 1;于是 ∣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),不等式得证。若进一步 vp(x)<vp(y)v_p(x) < v_p(y) 严格成立(即 ∣x∣p≠∣y∣p|x|_p \ne |y|_p),则 pvp(y)−vp(x)w≡0(modp)p^{v_p(y)-v_p(x)} w \equiv 0 \pmod p,而 uu 是单位元,故 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 仍是单位元;因此恰好 ∣x+y∣p=p−vp(x)|x+y|_p = p^{-v_p(x)},等号成立。

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分步证明

该定理暂无分步证明。

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