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9. 应用:局部紧凑域
1. 局部紧域上的模函数
令 K 为局部紧致域 (不一定可交换)。回想一下,函数 mod(或 mod,)已在 K 上定义(积分、章 VII, § 1, no. 10、定义 6),如下所示:modK(0)=0 和K 中的x=0,数 modK(x) 是模数自同构 y↦xy 加法群 K。
如果 K 是局部紧致域,则函数 mod, 属于到 V(K) (§ 6, no. 1)。此外:* (i) 如果s>0使得(modK)s=g是绝对值,则g定义拓扑在K上。 (ii) *如果K不是离散且模的,是超度量绝对值,则在K上存在规范离散估值v,其环是紧致的并且其残差域是有限的q元素,因此mod,=q−v。 K 上的拓扑由v 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。
令K,K′是两个(不一定可交换)局部紧致域,使得K是K′的拓扑子域,并且K不是离散的。然后:* (i) K′ 是 K 上的有限维左(右)向量空间。 (ii) 如果K包含在K′的中心中,则对于所有x∈K′。 (1)
modK′(x)=modK(NK′/K(x)). 由于
K 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
局部紧致域 K 的中心 Z 在 K 中闭合,因此局部紧致。
令 K′ 为局部紧致域且 K 为 K′ 的闭子域(不一定可交换)。如果 K′ 是有限维 n 的左(或右)向量空间超过 K,则* (2)
modK′(x)=(modK(x))nfor all x∈K.
一般来说,已知在有限维n的(左或右)向量空间超过K时,位似与比率x∈K的模数等于(modK(x))n;将其应用于K′就足够了。
2. 代表的存在
令 K 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 v 定义;令A为环,m为v的理想,并让我们写出Card(A/m)=q=pf(p素数)。 那么,A中存在A/m的代表S的系统和v的均匀化器u,使得O∈S、S∗=S∩K∗是K∗和u−1Su=S的循环子群。 此外,A的每个元素都可以唯一地写成形式∑i=0∞siui,其中si∈S。
被以下引用 1
被以下引用 定理 1
令x,y为A的两个可置换元素,使得x−y∈mj (j≥1);然后每整数 n≥0 xpn−ypn∈mj+n。
引用了 2
引用了 定理 1, A V § 11, 命题 5, A V § 11
到n的归纳,n=1减少为证明引理。然后
xp−yp=(x−y)(xp−1+xp−2y+…+yp−1);
第二个因子是p项的和,与一个另一个模全等。 m 并且,由于 A/m 具有 p 的特征,p⋅1∈m 在 A 中,因此
xp−1+xp−2y+…+yp−1∈m;
从而xp−yp∈mj+1。
我们知道乘法群(A/m)∗是一个循环群,其中q−1元素(*代数*,章V, § 11, no. 1,定理1);设x为该群的生成元中的A的代表;那么xq−x∈m,从而,乘以引理 1,xqn+1−xqn∈m1+fn,因为xq和x是可置换的。这就证明(xqn)n≥0是A中的柯西序列;由于A是紧致的,因此是完备的,因此序列在A中有极限,这显然满足s≡x(modm)和sq=s。因为s=0、sq−1=1,更准确地说,s是A中单位元*的*原始*(q−1)*-第根。显然0和幂sj (0≤j≤q−2)的集合S由……组成是A模类的代表*系统。 m 并且在 A 中的乘法下是*不变*。
现在让 a 为 v 的均匀化器,并考虑 K 的内自同构 y↦a−1ya;它对自身映射 A,对自身 m,因此,取商,它对域 A/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↦zpr,其中0≤r≤f−1。然后a−1sja≡sjpr(modm)换0≤j≤q−2;如a∈m和s∈/m,这意味着s−jasjpr≡a(modm2)。
让我们写
u=i=0∑q−2s−1asipr.
然后从 p.1∈m 开始u≡(q−l)a≡−a(mod. m2);我们结论认为u也是v的均匀化器;而且 (3)
s−1uspr=u 从而我们推断出
u−1Su=S。
最后,对于所有x∈A,存在唯一的序列(si)(i∈N),使得对于所有i有si∈S,对于所有n≥0有x≡∑siui(mod.mn+1):它是直接的除以归纳 n,mn+1 满足关系形式 t≡t′un+1(模mn+2)的每个元素 t,其中 t′ 是唯一确定的元素 S。然后x=∑i=0∞siui和家庭(si)满足这个关系,这样所有i的si∈S都是唯一确定的。
3. 局部紧的结构域
域 Q 相对于Q(p任何素数)上的非不当绝对值的补全R和Qp是局部紧致的。 On the other hand, for every power q=pf of a prime number p, the field Fq((T)) of formal power series over the finite field F, with the valuation defined in § 3, no. 4, Example 3 is locally compact: for the maximal ideal of the valuation ring Fq[[T]] is generated by T; 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 is finite, Proposition 2 of § 5, no. 1 proves our assertion. 反过来:
(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 或 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 上的代数有限秩。
(iii) 如果 K 具有特征 p=0,则它与域与形式幂级数 Fq((T)) 的中心域同构(其中 q 是 p 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 或 H 的处处稠密子域,并且,由于 K 是完备的,它同构于 R,C 或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 上有一个有限的剩余类域,只有当它等价于 p-adic 绝对值 (§6, no. 3、命题 4);因此,K中Q的闭包与Qp同构的,并且包含在K的中心中,因为后者在K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, no. 2, Corollary to Proposition 3); in the notation of the proof of Proposition 3 of no. 2, the centre Z of K consists of the elements which commute with both s and u; but by virtue of (3),
u−qsuq=sqpr=s,
因此 uq∈Z 和结论 Z 不是离散的。 由于Z是局部紧致的,我们可以将注意力集中在K是可交换的情况。 K中的子Fp代数Fp[s]则从sq−1=1开始是有限域,并且显然对于这个域的每个元素是yq=y,因此它与S相同并且同构于Fq,因为S⊂Fp[s]有q元素。 Since the sum of two elements of S is in S, the mapping which maps each formal power series ∑i=0∞siTi∈Fq[[T]] to the element ∑i=0∞siui is a bijective homomorphism of the ring Fq[[T]] onto the ring A, whence immediately the conclusion.
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
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*或*H。
如果域 K 上的拓扑由超量绝对值定义,则K 与此拓扑完全断开。
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 K0 的有限生成扩张。证明,如果 K 不是 K0 上的代数,则 K 上存在离散估值 v,使得 K0 上有 v(x)=0。
39
参见习题为 § 9。