定理已证明
亨泽尔引理
命题陈述
设 f(X)∈Zp[X],并设 a∈Zp 满足 f(a)≡0(modp) 且 f′(a)≡0(modp)(即模 p 下的单根)。那么存在唯一的 α∈Zp,使得精确地 f(α)=0 且 α≡a(modp)。
为什么成立?
这是牛顿法的 p进表亲,区别在于它是精确收敛而非仅仅近似收敛:因为 Qp 是完备的且 ∣⋅∣p 是超度量的,牛顿迭代 an+1=an−f(an)/f′(an) 不仅逐渐逼近一个根,而是逐位稳定下来,并在无穷多次修正之后精确落在某个根上。模 p 下的单根被保证能唯一地“提升”为 Zp 中真正的根,从而把一个有限的、可验证的同余条件变成了一个精确 p进数的存在性证明。
证明思路
将 α 构造为逐次逼近 a=a0,a1,a2,⋯∈Zp 的极限,其中 an+1=an−f(an)/f′(an),用归纳法证明对一切 n 都有 vp(f(an))≥n+1 及 vp(f′(an))=vp(f′(a))=0(因为每一步都有 an+1≡an(modp),导数始终保持为单位元,故自始至终 f′(an)≡f′(a)≡0(modp))。于是 vp(an+1−an)=vp(f(an))−vp(f′(an))≥n+1,所以 (an) 在 p进度量下是柯西列;由 Zp 的完备性,它收敛到某个 α≡a(modp),而 f 的连续性迫使 f(α)=limf(an)=0。唯一性:若 β=α 是另一个满足 β≡a(modp) 的根,则中值/泰勒展开 f(β)−f(α)=(β−α)(f′(α)+p(⋯)) 中 f′(α) 是单位元,将迫使 β=α。