Bourbaki

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9. 应用:局部紧凑域

1. 局部紧域上的模函数

令 KK 为局部紧致域 (不一定可交换)。回想一下,函数 mod(或 mod,)已在 KK 上定义(积分、章 VII, § 1, no. 10、定义 6),如下所示:mod⁡K(0)=0\operatorname{mod}_K(0) = 0 和KK 中的x≠0x \neq 0,数 mod⁡K(x)\operatorname{mod}_K(x) 是模数自同构 y↦xyy \mapsto xy 加法群 KK。

命题 1 04XQ

如果 KK 是局部紧致域,则函数 mod, 属于到 V(K)\mathscr{V}(K) (§ 6, no. 1)。此外:* (i) 如果s>0s > 0使得(mod⁡K)s=g(\operatorname{mod}_K)^s = g是绝对值,则gg定义拓扑在KK上。 (ii) *如果KK不是离散且模的,是超度量绝对值,则在KK上存在规范离散估值vv,其环是紧致的并且其残差域是有限的qq元素,因此mod⁡,=q−v\operatorname{mod}, = q^{-v}。 KK 上的拓扑由vv 定义。

引用了 3 · 被以下引用 1

引用了 VI § 6. 绝对值, 命题 2, VI § 5, 命题 1, VI § 6

被以下引用 习题 1, § 9

这是从§ 6, no. 1、命题 1、§ 5, no. 1、命题 2 以及积分、章 VII, § 1, no. 10、命题 12 和 13 得出的。

命题 2 04XR

令K,K′K, K'是两个(不一定可交换)局部紧致域,使得KK是K′K'的拓扑子域,并且KK不是离散的。然后:* (i) K′K' 是 KK 上的有限维左(右)向量空间。 (ii) 如果KK包含在K′K'的中心中,则对于所有x∈K′x \in K'。 (1)

mod⁡K′(x)=mod⁡K(NK′/K(x)). \operatorname{mod}_{K'}(x) = \operatorname{mod}_K(N_{K'/K}(x)).
由于 KK 是一个完整的值域,它不是离散的,断言 (i) 由拓扑向量空间、章 I, § 2, no. 4、定理 3 得出; 断言 (ii) 只是积分,章 VII, § 1, no. 11,命题 17。

被以下引用 1

被以下引用 定理 1

推论 1 04XS

每个中心不是离散的局部紧致域的有限秩超过其中心。

局部紧致域 KK 的中心 ZZ 在 KK 中闭合,因此局部紧致。

推论 2 04XT

令 K′K' 为局部紧致域且 KK 为 K′K' 的闭子域(不一定可交换)。如果 K′K' 是有限维 nn 的左(或右)向量空间超过 KK,则* (2)

mod⁡K′(x)=(mod⁡K(x))nfor all x∈K. \operatorname{mod}_{K'}(x) = (\operatorname{mod}_K(x))^n \quad \text{for all } x \in K.

一般来说,已知在有限维nn的(左或右)向量空间超过KK时,位似与比率x∈Kx \in K的模数等于(modK(x))n(\mathrm{mod}_K(x))^n;将其应用于K′K'就足够了。

2. 代表的存在

命题 3 04XU

令 KK 为(不一定可交换的)局部紧致域,它不是离散的,并且其拓扑由离散估值 vv 定义;令AA为环,mm为vv的理想,并让我们写出Card(A/m)=q=pf\mathrm{Card}(A/m) = q = p^f(p素数)。 那么,AA中存在A/mA/m的代表SS的系统和vv的均匀化器uu,使得O∈SO \in S、S∗=S∩K∗S^* = S \cap K^*是K∗K^*和u−1Su=Su^{-1} Su = S的循环子群。 此外,AA的每个元素都可以唯一地写成形式∑i=0∞siui\sum_{i=0}^\infty s_i u^i,其中si∈Ss_i \in S。

被以下引用 1

被以下引用 定理 1

我们将使用以下引理:

引理 1 04XV

令x,yx, y为AA的两个可置换元素,使得x−y∈mj (j≥1)x - y \in m^j \ (j \geq 1);然后每整数 n≥0n \geq 0 xpn−ypn∈mj+nx^{p^n} - y^{p^n} \in m^{j+n}。

引用了 2

引用了 定理 1, A V § 11, 命题 5, A V § 11

到nn的归纳,n=1n = 1减少为证明引理。然后

xp−yp=(x−y)(xp−1+xp−2y+…+yp−1); x^p - y^p = (x - y)(x^{p-1} + x^{p-2}y + \ldots + y^{p-1});

第二个因子是pp项的和,与一个另一个模全等。 mm 并且,由于 A/mA/m 具有 pp 的特征,p⋅1∈mp \cdot 1 \in m 在 AA 中,因此

xp−1+xp−2y+…+yp−1∈m; x^{p-1} + x^{p-2}y + \ldots + y^{p-1} \in m;

从而xp−yp∈mj+1x^p - y^p \in m^{j+1}。

我们知道乘法群(A/m)∗(A/m)^*是一个循环群,其中q−1q - 1元素(*代数*,章V, § 11, no. 1,定理1);设xx为该群的生成元中的AA的代表;那么xq−x∈mx^q - x \in m,从而,乘以引理 1,xqn+1−xqn∈m1+fnx^{q^{n+1}} - x^{q^n} \in m^{1+fn},因为xqx^q和xx是可置换的。这就证明(xqn)n≥0(x^{q^n})_{n \geq 0}是AA中的柯西序列;由于AA是紧致的,因此是完备的,因此序列在AA中有极限,这显然满足s≡x(modm)s \equiv x \pmod{m}和sq=ss^q = s。因为s≠0s \neq 0、sq−1=1s^{q-1} = 1,更准确地说,ss是AA中单位元*的*原始*(q−1)(q-1)*-第根。显然00和幂sj (0≤j≤q−2)s^j \ (0 \leq j \leq q-2)的集合SS由……组成是AA模类的代表*系统。 mm 并且在 AA 中的乘法下是*不变*。

现在让 aa 为 vv 的均匀化器,并考虑 KK 的内自同构 y↦a−1yay \mapsto a^{-1}ya;它对自身映射 AA,对自身 mm,因此,取商,它对域 A/mA/m 定义自同构;已知(代数,章V, § 11, no. 4,命题5)这样的自同构是形式z↦zprz \mapsto z^{p^r},其中0≤r≤f−10 \leq r \leq f-1。然后a−1sja≡sjpr(modm)a^{-1}s^j a \equiv s^{jp^r} \pmod{m}换0≤j≤q−20 \leq j \leq q-2;如a∈ma \in m和s∉ms \notin m,这意味着s−jasjpr≡a(modm2)s^{-j}as^{jp^r} \equiv a \pmod{m^2}。

让我们写

u=∑i=0q−2s−1asipr. u = \sum_{i=0}^{q-2} s^{-1} a s^i p^r.

然后从 p.1∈mp . 1 \in m 开始u≡(q−l)a≡−a(mod. m2)u \equiv (q - l) a \equiv -a (\text{mod. } m^2);我们结论认为uu也是vv的均匀化器;而且 (3)

s−1uspr=u s^{-1} u s^{p^r} = u
从而我们推断出u−1Su=Su^{-1} S u = S。

最后,对于所有x∈Ax \in A,存在唯一的序列(si)(s_i)(i∈Ni \in \mathbf{N}),使得对于所有ii有si∈Ss_i \in S,对于所有n≥0n \geq 0有x≡∑siuix \equiv \sum s_i u^i(mod.mn+1m^{n+1}):它是直接的除以归纳 nn,mn+1m^{n+1} 满足关系形式 t≡t′un+1t \equiv t' u^{n+1}(模mn+2m^{n+2})的每个元素 tt,其中 t′t' 是唯一确定的元素 SS。然后x=∑i=0∞siuix = \sum_{i=0}^{\infty} s_i u^i和家庭(si)(s_i)满足这个关系,这样所有ii的si∈Ss_i \in S都是唯一确定的。

3. 局部紧的结构域

域 Q\mathbf{Q} 相对于Q\mathbf{Q}(pp任何素数)上的非不当绝对值的补全R\mathbf{R}和Qp\mathbf{Q}_p是局部紧致的。 On the other hand, for every power q=pfq = p^f of a prime number pp, the field Fq((T))\mathbf{F}_q((T)) of formal power series over the finite field FF, with the valuation defined in § 3, no. 4, Example 3 is locally compact: for the maximal ideal of the valuation ring Fq[[T]]\mathbf{F}_q[[T]] is generated by TT; we know that this ring is complete with the (T)-adic topology (Chapter III, § 2, no. 6, Proposition 6) and, as the residue field Fq\mathbf{F}_q is finite, Proposition 2 of § 5, no. 1 proves our assertion. 反过来:

定理 1 04XW

设 K 是一个(不一定可交换的)局部紧致域,它不是离散的。

引用了 5 · 被以下引用 1

引用了 定理 2(奥斯特洛夫斯基), VI § 6, 命题 2, VI § 5, 命题 2, 命题 3, 推论 1

被以下引用 习题 5, § 9

(i) 如果 K 具有特征 0 且 mod,不是超量绝对值值,则 K 同构于域 R,C\mathbf{R}, \mathbf{C} 或 H\mathbf{H} 之一。

(ii) 如果 K 的特征为 0 且 mod,则为超量绝对值值,则 K 是 p 进数域 Qp\mathbf{Q}_p 上的代数有限秩。

(iii) 如果 K 具有特征 p≠0p \neq 0,则它与域与形式幂级数 Fq((T))\mathbf{F}_q((T)) 的中心域同构(其中 qq 是 pp 的幂)且超过有限秩它中心.

(i) 从 Ostrowski 的定理 (§ 6, no. 4, 定理 2) 可以得出,K 是一个拓扑域同构于 R,C\mathbf{R}, \mathbf{C} 或 H\mathbf{H} 的处处稠密子域,并且,由于 K 是完备的,它同构于 R,C\mathbf{R}, \mathbf{C} 或H\mathbf{H}。

(ii) 设 A 为绝对值 mod 的环,m 为其最大理想值。我们知道 A/m 是有限域 (§ 5, no. 1, 命题 2),因此由 mod 引起的绝对值,在 Q\mathbf{Q} 上有一个有限的剩余类域,只有当它等价于 pp-adic 绝对值 (§6§ 6, no. 3、命题 4);因此,KK中Q\mathbf{Q}的闭包与Qp\mathbf{Q}_p同构的,并且包含在KK的中心中,因为后者在KK中闭包;我们利用得出命题 2 / no. 1。

(iii) 第二个断言由第一个断言得出,推论为no. 2的命题2。 To show the first assertion, note that mod, is necessarily an ultrametric absolute value (§6§ 6, no. 2, Corollary to Proposition 3); in the notation of the proof of Proposition 3 of no. 2, the centre ZZ of KK consists of the elements which commute with both ss and uu; but by virtue of (3),

u−qsuq=sqpr=s, u^{-q} s u^q = s^{q p^r} = s,

因此 uq∈Zu^q \in Z 和结论 ZZ 不是离散的。 由于ZZ是局部紧致的,我们可以将注意力集中在KK是可交换的情况。 KK中的子Fp\mathbf{F}_p代数Fp[s]\mathbf{F}_p[s]则从sq−1=1s^{q-1} = 1开始是有限域,并且显然对于这个域的每个元素是yq=yy^q = y,因此它与SS相同并且同构于Fq\mathbf{F}_q,因为S⊂Fp[s]S \subset \mathbf{F}_p[s]有qq元素。 Since the sum of two elements of SS is in SS, the mapping which maps each formal power series ∑i=0∞siTi∈Fq[[T]]\sum_{i=0}^\infty s_i T^i \in \mathbf{F}_q[[T]] to the element ∑i=0∞siui\sum_{i=0}^\infty s_i u^i is a bijective homomorphism of the ring Fq[[T]]\mathbf{F}_q[[T]] onto the ring AA, whence immediately the conclusion.

推论 1 04XX

每个局部紧致域*(不是离散的*)都是有限秩*超过其中心。

被以下引用 1

被以下引用 定理 1

推论 2 04XY

每个局部*紧凑域*都连接*或*完全断开; 如果它是连通的,它*就*同构于R,C\mathbf{R}, \mathbf{C}*或*H\mathbf{H}。

如果域 KK 上的拓扑由超量绝对值定义,则KK 与此拓扑完全断开。

注 04XZ

设ss为整数>0> 0; K=Fq((T))K = \mathbf{F}_q((T))的子域Fq((Ts))=L\mathbf{F}_q((T^s)) = L在KK、e(K/L)=se(K/L) = s、f(K/L)=1f(K/L) = 1关闭。因此可以看出,KK存在封闭的子域LL,它们不是离散的,因此e(K/L)e(K/L)(和*更不必说*次数[K:L][K:L])是任意大的(与特征0的局部紧凑域的情况相反,其中每个局部紧凑这样的域KK中的子域LL必然是包含R\mathbf{R}或Qp\mathbf{Q}_p,因此[K:L][K:L]是有界的)。

习题

22. (a) 如果域 K 存在离散估值,证明 K 的代数闭包在 K 上无限大。

(b) 令 K 为域 K0K_0 的有限生成扩张。证明,如果 K 不是 K0K_0 上的代数,则 K 上存在离散估值 vv,使得 K0K_0 上有 v(x)=0v(x) = 0。

39

参见习题为 § 9。

Google 翻译生成的粗略草稿,质量较低。术语依照术语表,但句子可能有误;之后会由仔细的译文取代。