الرياضيات · المسرد

ما معنى عنصران متصاحبان؟

يُعرف أيضًا باسم: عنصر غير قابل للاختزال · عنصر أولي

تعريف 2.11 الرياضيات الجامعية — السنة 3 · الفصل 2 — الحلقات والحساب

لتكن AA حلقة تامة وليكن a,bAa, b \in A. نقول إن aa يقسم bb (ونكتب aba \mid b) إذا كان b(a)=aAb \in (a) = aA. ويكون العنصران a,ba, b متصاحبين إذا كان a=uba = ub حيث uA×u \in A^\times (وهذا يكافئ (a)=(b)(a) = (b)). وليكن pp عنصرًا غير معدوم وغير قابل للقلب؛ نقول إنه:

  • غير قابل للاختزال إذا كان p=abp = ab يفرض aA×a \in A^\times أو bA×b \in A^\times؛
  • أولي إذا كان pabp \mid ab يفرض pap \mid a أو pbp \mid b (أي إن المثالي (p)(p) أولي).

أمثلة

مثال 2.20 (حلقة بلا تفكيك وحيد)

ليس أيٌّ من الاستلزامين إقليدية \Rightarrow رئيسية \Rightarrow تفكيكية تكافؤًا، ويستحق إخفاق الأخير أن نراه مرة واحدة بكامل تفاصيله. في

A=Z[i5]={a+ib5:a,bZ},N(a+ib5)=a2+5b2,A = \Z[\iu\sqrt5] = \{a + \iu b\sqrt5 : a, b \in \Z\}, \qquad N(a + \iu b\sqrt5) = a^2 + 5b^2,

يكون المعيار ضربيًا ويتحقق N(z)=1N(z) = 1 إذا وفقط إذا كان zA×={±1}z \in A^\times = \{\pm1\}. لننظر في

6=23=(1+i5)(1i5).6 = 2 \cdot 3 = (1 + \iu\sqrt5)(1 - \iu\sqrt5).

جميع العوامل الأربعة غير قابلة للاختزال: فمعاييرها هي 4,9,6,64, 9, 6, 6، ولو وُجد تفكيك فعلي z=z1z2z = z_1z_2 لفُرض N(z1){2,3}N(z_1) \in \{2, 3\} — لكن a2+5b2a^2 + 5b^2 لا يساوي 22 ولا 33 أبدًا (فحالة b=0b = 0 تترك العددين غير المربّعين 2,32, 3؛ وحالة b1\abs b \geq 1 تعطي 5\geq 5). ومع ذلك فإن 22 ليس مصاحبًا لأيٍّ من 1±i51 \pm \iu\sqrt5 (لأن المعيارين 464 \neq 6): أي إن لدينا تفكيكين مختلفين فعلًا للعدد 66 إلى عناصر غير قابلة للاختزال. وبصيغة مكافئة، غير القابل للاختزال \neq الأولي هنا: إذ يقسم 22 الجداءَ (1+i5)(1i5)=6(1 + \iu\sqrt5)(1 - \iu\sqrt5) = 6 ولا يقسم أيًّا من العاملين (بالمعايير مرة أخرى). أما الإصلاح المثالي لهذا الإخفاق — أي تفكيك المثاليات بدل تفكيك العناصر — فهو ميلاد نظرية الأعداد الجبرية؛ وفي مستوانا، يُظهر هذا المثال مدى خصوصية الحلقات الإقليدية Z\Z و K[X]K[X] و Z[i]\Z[\iu] الواردة في هذا الفصل.

مثال 2.26

كثير الحدود XnpX^n - p غير قابل للاختزال على Q\Q من أجل كل عدد أولي pp وكل n1n \geq 1 (أيزنشتاين عند pp): فتوجد كثيرات حدود غير قابلة للاختزال من كل درجة على Q\Q — على النقيض التام من C\C (الدرجة 11، دالمبير–غاوس، المبرهَن عليها في الفصل 16) ومن R\R (الدرجتان 1,21, 2). وتوسّع حيلةُ الإزاحة مدى أيزنشتاين: فكثير الحدود الدائري النوني الأولي Φp=Xp1++X+1=Xp1X1\Phi_p = X^{p-1} + \dots + X + 1 = \frac{X^p - 1}{X - 1} يحقق

Φp(X+1)=(X+1)p1X=Xp1+(p1)Xp2++(pp1),\Phi_p(X + 1) = \frac{(X+1)^p - 1}{X} = X^{p-1} + \binom{p}{1}X^{p-2} + \dots + \binom{p}{p-1},

وهو يحقق شرط أيزنشتاين عند pp (لأن p(pk)p \mid \binom pk من أجل 0<k<p0 < k < p، و (pp1)=p≢0modp2\binom{p}{p-1} = p \not\equiv 0 \bmod p^2): ومنه فإن Φp(X+1)\Phi_p(X+1)، ومنه Φp\Phi_p، غير قابل للاختزال على Q\Q. وهذا هو القلب الجبري لقصة المضلّع ذي 1717 ضلعًا المرويّة في الفصل 4.

اقرأ في الفصل ←