MathLabs
定理已证明

奥斯特洛夫斯基定理(1916年)

命题陈述

Q\mathbb{Q} 上任何非平凡的绝对值,要么等价于通常的绝对值 ∣⋅∣∞|\cdot|_\infty,要么恰好等价于某个素数 pp 对应的 ∣⋅∣p|\cdot|_p。

为什么成立?

这说明 Q\mathbb{Q} 的“位”——衡量大小并完备化该域的本质上不同的方式——恰好就是经典素数 2,3,5,7,…2, 3, 5, 7, \dots,再加上代表通常绝对值的一个额外“无穷素位”∞\infty。从结构上讲,没有任何东西把 ∞\infty 与任何一个 pp 区分开来;它只是恰好是唯一的阿基米德位罢了。这一条单一的事实正是阿代尔(adeles)以及现代数论整个局部-整体哲学的种子:要理解 Q\mathbb{Q},就要在每一个位 R,Q2,Q3,Q5,…\mathbb{R}, \mathbb{Q}_2, \mathbb{Q}_3, \mathbb{Q}_5, \dots 上同时研究它。

证明思路

概述。设 ∣⋅∣|\cdot| 是 Q\mathbb{Q} 上一个非平凡的绝对值。情形一(非阿基米德): 若对每个整数 nn 都有 ∣n∣≤1|n| \le 1,则集合 p={n∈Z:∣n∣<1}\mathfrak{p} = \{n \in \mathbb{Z} : |n| < 1\} 是 Z\mathbb{Z} 的一个素理想(由于 Z\mathbb{Z} 上任何满足 ∣n∣≤1|n|\le1 的绝对值都自动满足超度量不等式,它对加法封闭;由素性对乘法封闭),因此对唯一的素数 pp 有 p=(p)\mathfrak{p} = (p);比较 ∣p∣|p| 与 p−1p^{-1} 并利用乘性即可证明 ∣⋅∣|\cdot| 与 ∣⋅∣p|\cdot|_p 等价。情形二(阿基米德): 若存在整数 n0n_0 使 ∣n0∣>1|n_0| > 1,将任意整数 n>1n > 1 以 n0n_0 为底展开,并结合三角不等式与 ∣n0k∣=∣n0∣k→∞|n_0^k| = |n_0|^k \to \infty,可用 nn 自身的幂从上下界住 ∣n∣|n|,从而迫使 ∣n∣=nc|n| = n^c(常数 c∈(0,1]c \in (0,1] 与 nn 无关);这使得 ∣⋅∣|\cdot| 与 ∣⋅∣∞|\cdot|_\infty 等价。

用到此定理的主题

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