الرياضيات · المسرد

ما معنى حلقة إقليدية؟

يُعرف أيضًا باسم: حلقة مثاليات رئيسية · حلقة تفكيك وحيد

تعريف 2.13 الرياضيات الجامعية — السنة 3 · الفصل 2 — الحلقات والحساب

تكون الحلقة التامة AA:

  • إقليدية إذا وُجد تطبيق ν ⁣:A{0}N\nu \colon A \setminus \{0\} \to \N (يُسمّى دالة إقليدية) بحيث يوجد، من أجل كل a,ba, b مع b0b \ne 0، عنصران q,rq, r يحققان a=bq+ra = bq + r و (r=0r = 0 أو ν(r)<ν(b)\nu(r) < \nu(b)
  • رئيسية (حلقة مثاليات رئيسية) إذا كان كل مثالي من الشكل (a)(a)؛
  • تفكيكية (حلقة تفكيك وحيد) إذا كان كل عنصر غير معدوم وغير قابل للقلب جداءَ عناصر غير قابلة للاختزال، بطريقة وحيدة إلى حدود الترتيب والتصاحب.
القسمة في أعداد غاوس الصحيحة: يقع خارج القسمة المضبوط a/b ∈ ℂ على مسافة لا تتجاوز ≤ √2/2 < 1 من إحدى نقط الشبكة q ∈ ℤ[ ]؛ وعندئذٍ يحقق r = a - bq العلاقة N(r) = N(b)\,|a/b - q|2 < N(b). قسمة إقليدية واحدة، ومن ثَمّ حسابٌ بأكمله.
القسمة في أعداد غاوس الصحيحة: يقع خارج القسمة المضبوط a/bCa/b \in \C على مسافة لا تتجاوز 22<1\leq \frac{\sqrt2}{2} < 1 من إحدى نقط الشبكة qZ[i]q \in \Z[\iu]؛ وعندئذٍ يحقق r=abqr = a - bq العلاقة N(r)=N(b)a/bq2<N(b)N(r) = N(b)\,\abs{a/b - q}^2 < N(b). قسمة إقليدية واحدة، ومن ثَمّ حسابٌ بأكمله.

أمثلة

مثال 2.15

الحلقة Z\Z (مع ν=\nu = \abs\cdot) والحلقة K[X]K[X] (مع ν=deg\nu = \deg) إقليديتان — وقد برهن مجلد السنة الجامعية 2 على القسمتين. وكذلك Z[i]\Z[\iu] مع ν=N\nu = N المعيارَ المربّع (التمرين 2.4)؛ وهندسة البرهان مبيَّنة في الشكل أدناه. وتوجد حلقة مثاليات رئيسية غير إقليدية، لكن إثبات ذلك دقيق (والمثال المعياري هو Z[1+i192]\Z\bigl[\frac{1+\iu\sqrt{19}}2\bigr])؛ أما حلقة تفكيك وحيد ليست رئيسية فمثالها سهل: K[X,Y]K[X, Y] (التمرين 2.6)، أو Z[X]\Z[X].

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.

اقرأ في الفصل ←