символ Кронекера

редактировать

В теории чисел символ Кронекера, записанный как () {\ displaystyle \ left ({\ frac {a} {n}} \ right)}\ left ({\ frac an} \ right) или (a | n) {\ displaystyle (a | n)}(a | n) , является обобщением символа Якоби на все целые числа n {\ displaystyle n}n . Он был введен Леопольдом Кронекером (1885, стр. 770).

Содержание
  • 1 Определение
  • 2 Таблица значений
  • 3 Свойства
    • 3.1 Квадратичная взаимность
  • 4 Связь с символами Дирихле
  • 5 См. Также
  • 6 Ссылки
Определение

Пусть n {\ displaystyle n}n будет ненулевым целым числом с разложением на простые множители

n = u ⋅ p 1 e 1 ⋯ pkek, { \ displaystyle n = u \ cdot p_ {1} ^ {e_ {1}} \ cdots p_ {k} ^ {e_ {k}},}n = u \ cdot p_ {1} ^ {{e_ {1}}} \ cdots p_ {k} ^ {{ e_ {k}}},

где u {\ displaystyle u}u - это единица (т. Е. u = ± 1 {\ displaystyle u = \ pm 1}u = \ pm 1 ), а pi {\ displaystyle p_ {i }}p_ {i} - это простые числа. Пусть a {\ displaystyle a}a будет целым числом. Символ Кронекера (an) {\ displaystyle \ left ({\ frac {a} {n}} \ right)}\ left ({\ frac {a} {n}} \ right) определяется как

(an) = (au) ∏ i = 1 к (api) ei. {\ displaystyle \ left ({\ frac {a} {n}} \ right) = \ left ({\ frac {a} {u}} \ right) \ prod _ {i = 1} ^ {k} \ left ({\ frac {a} {p_ {i}}} \ right) ^ {e_ {i}}.}\ left ({\ frac {a} {n}} \ right) = \ left ({\ frac {a} {u}} \ right) \ prod _ {{i = 1}} ^ {k} \ left ({\ frac {a} {p_ {i}}} \ right) ^ {{e_ {i}}}.

Для odd pi {\ displaystyle p_ {i}}p_ {i} , число (api) {\ displaystyle \ left ({\ frac {a} {p_ {i}}} \ right)}{\ displaystyle \ left ({\ frac {a} {p_ {i}}} \ right)} просто обычное Символ Лежандра. Остается случай, когда p i = 2 {\ displaystyle p_ {i} = 2}p_ {i} = 2 . Мы определяем (a 2) {\ displaystyle \ left ({\ frac {a} {2}} \ right)}{\ displaystyle \ left ({\ frac {a} {2}}) \ right)} как

(a 2) = {0, если a четное, 1, если a ± 1 (mod 8), - 1, если a ± 3 (mod 8). {\ displaystyle \ left ({\ frac {a} {2}} \ right) = {\ begin {cases} 0 {\ t_dv {if}} a {\ t_dv {четно,}} \\ 1 {\ t_dv {if}} a \ Equiv \ pm 1 {\ pmod {8}}, \\ - 1 {\ t_dv {if}} a \ Equiv \ pm 3 {\ pmod {8}}. \ end {cases}}}\ left ({\ frac {a} {2}} \ right) = {\ begin {case} 0 {\ t_dv {if}} a {\ t_dv {четно,}} \\ 1 {\ t_dv {if}} a \ Equiv \ pm 1 {\ pmod {8}}, \\ - 1 { \ t_dv {if}} a \ Equiv \ pm 3 {\ pmod {8}}. \ end {cases}}

Так как он расширяет символ Якоби, количество (au) {\ displaystyle \ left ({\ frac {a} {u}} \ right)}{\ displaystyle \ left ({\ f rac {a} {u}} \ right)} просто 1 {\ displaystyle 1}1 , когда u = 1 {\ displaystyle u = 1}u=1. Когда u = - 1 {\ displaystyle u = -1}u=-1, мы определяем его как

(a - 1) = {- 1 if a < 0, 1 if a ≥ 0. {\displaystyle \left({\frac {a}{-1}}\right)={\begin{cases}-1{\t_dv{if }}a<0,\\1{\t_dv{if }}a\geq 0.\end{cases}}}\ left ({\ frac {a} {- 1}} \ right) = {\ begin {cases} -1 {\ t_dv {if}} a <0, \\ 1 {\ t_dv {if}} a \ geq 0. \ end {case}}

Наконец, мы кладем

(a 0) = {1, если a = ± 1, 0 в противном случае. {\ displaystyle \ left ({\ frac {a} {0}} \ right) = {\ begin {cases} 1 {\ text {if}} a = \ pm 1, \\ 0 {\ text {в противном случае.} } \ end {cases}}}\ left ({\ frac a0} \ right) = {\ begin {cases} 1 {\ text { if}} a = \ pm 1, \\ 0 {\ text {в противном случае.}} \ end {cases}}

Этих расширений достаточно, чтобы определить символ Кронекера для всех целочисленных значений a, n {\ displaystyle a, n}a, n .

Некоторые авторы определяют символ Кронекера только для более ограниченных значений ; например, a {\ displaystyle a}a конгруэнтно 0, 1 mod 4 {\ displaystyle 0,1 {\ bmod {4}}}0,1 {\ bmod 4} и n>0 {\ displaystyle n>0}n>0 .

Таблица значений

Ниже представлена ​​таблица значений символа Кронекера (kn) {\ displaystyle \ left ({\ frac {k} {n}} \ right)}\ left ({\ frac {k } {n}} \ right) с n, k ≤ 30.

kn123456789101112131415161718192021222324252627282930
1111111111111111111111111111111
210−10−101010−10−101010−10−101010−10−10
31−101−101−101−101−101−101−101−101-101-10
4101010101010101010101010101010
51-1-1101-1-1101-1-1101-1-1101-1-1101−1−110
6100010100010−1000−10−1000−10100010
711−11−1−1011−11−1−1011−11−1−1011−11−1−1011
810−10−101010−10−101010−10−101010−10−10
9110110110110110110110110110110
10101000−1010−101000−10−10−10−100010−10
111−1111−1−1−11−101−1111−1−1−11−101−1111−1−1−1
121000−101000−101000−101000−101000−10
131−111−1−1−1−111−1101−111−1−1−1−111−1101−111
141010100010−101010−101000101010−10
15110100−1100−10−1−10110100−1100−10-1-10
16101010101010101010101010101010
1711-11-1-1-111-1−1−11−111011−11−1−1−111- 1−1−11
181000−101000−10−100010−1000101000−10
191-1-11111−11−11−1−1−1−111−101−1−11111−11−11
2010−1000−101010−1000−101010−1000- 1010
211−101100−10−1−10−100110−1101−101100−10
2210−10−10−1010001010−1010101010−1010
231111−11−111−1−111−1−11−11−1−1−1- 101111−11−1
24100010100010−1000−10−1000−10100010
25111101111011110111101111011110
2610−1010−10101000−101010101010−10−10
271−101−101−101−101−101−101−101−101−101−10
2810−10−10001010−1010−10- 10001010-1010
291-1-11111-11-1-1-11−1−11−1−1−11−11111−1- 1101
30100000−100010100010−100010000010
Свойства

Символ Кронекера разделяет многие основные свойства символа Якоби при определенных ограничениях:

  • (an) = ± 1 {\ display стиль \ left ({\ tfrac {a} {n}} \ right) = \ pm 1}\ left ({\ tfrac an} \ right) = \ pm 1 , если gcd (a, n) = 1 {\ displaystyle \ gcd (a, n) = 1}\ gcd (a, n) = 1 , иначе (an) = 0 {\ displaystyle \ left ({\ tfrac {a} {n}} \ right) = 0}\ left ({\ tfrac an} \ справа) = 0 .
  • (abn) = (an) (bn) {\ displaystyle \ left ({\ tfrac {ab} {n}} \ right) = \ left ({\ tfrac {a} {n}} \ right) \ left ({\ tfrac {b} { n}} \ right)}\ left ({\ tfrac {ab} n} \ right) = \ left ({\ tfrac an} \ right) \ left ({\ tfrac bn} \ right) , если n = - 1 {\ displaystyle n = -1}n = -1 , одно из a, b {\ displaystyle a, b }a, b - ноль, а другой - отрицательное.
  • (amn) = (am) (an) {\ displaystyle \ left ({\ tfrac {a} {mn}} \ right) = \ left ({\ tfrac {a} {m}} \ right) \ left ({\ tfrac {a} {n}} \ right)}\ left ({\ tfrac a {mn}} \ right) = \ left ({\ tfrac am} \ right) \ left ({\ tfrac an} \ right) , если a = - 1 {\ displaystyle a = -1}a = -1 , один из m, n {\ displaystyle m, n}m,nравен нулю, а другой имеет нечетную часть (определение ниже) соответствует 3 mod 4 {\ displaystyle 3 {\ bmod {4}}}3 {\ bmod 4} .
  • для n>0 {\ displaystyle n>0}n>0 , у нас есть (an) = (bn) {\ displaystyle \ left ({\ tfrac {a} {n}} \ right) = \ left ({\ tfrac {b} {n}} \ right)}\ left ({\ tfrac an} \ right) = \ left ({\ tfrac bn} \ right) всякий раз, когда a ≡ b mod {4 n, n ≡ 2 (mod 4), n в противном случае. {\ displaystyle a \ Equiv b {\ bmod {\ begin {cases} 4n, n \ Equiv 2 {\ pmod {4}}, \\ n {\ text {в противном случае.}} \ end {ases}}}}a \ Equiv b {\ bmod {\ begin {cases} 4n, n \ Equ 2 {\ pmod 4}, \\ n {\ text {в противном случае.}} \ end {case}}} Если дополнительно a, b {\ displaystyle a, b}a, b имеют тот же знак, то же самое верно и для n < 0 {\displaystyle n<0}n <0 .
  • Для a ≢ 3 (mod 4) {\ displaystyle a \ not \ Equiv 3 {\ pmod {4}}}a \ not \ Equiv 3 {\ pmod 4} , a ≠ 0 {\ displaystyle a \ neq 0}a \ neq 0 , мы имеем (am) = (an) {\ displaystyle \ left ({\ tfrac {a} {m}} \ right) = \ left ({\ tfrac {a} {n}} \ right)}\ left ({\ tfrac am} \ right) = \ left ({\ tfrac an} \ right) всякий раз, когда m ≡ n mod {4 | а |, a 2 (mod 4), | а | в противном случае. {\ Displaystyle m \ Equiv n {\ bmod {\ begin {cases} 4 | a |, a \ Equiv 2 {\ pmod {4}}, \\ | a | {\ text {в противном случае.}} \ end { case}}}}m \ Equiv n {\ bmod {\ begin {cases} 4 | a |, a \ Equiv 2 {\ pmod 4}, \\ | a | {\ text {в противном случае.}} \ end {cases}}}

С другой стороны, символ Кронекера не имеет такой же связи с квадратичными вычетами, как символ Якоби. В частности, символ Кронекера (an) {\ displaystyle \ left ({\ tfrac {a} {n}} \ right)}{\ displaystyle \ left ({\ tfrac {a} {n}} \ right)} для четных n {\ displaystyle n}n может принимать значения независимо от того, является ли a {\ displaystyle a}a квадратичным остатком или невычетом по модулю n {\ displaystyle n}n .

Квадратичная взаимность

Символ Кронекера также удовлетворяет следующим версиям квадратичного закона взаимности.

Для любого ненулевого целого числа n {\ displaystyle n}n пусть n ′ {\ displaystyle n '}n'обозначает его нечетную часть: n = 2 en ′ {\ displaystyle n = 2 ^ {e} n '}n=2^{e}n'где n ′ {\ displaystyle n'}n'нечетное (для n = 0 {\ displaystyle n = 0}n = 0 , мы кладем 0 ′ = 1 {\ displaystyle 0 '= 1}0'=1). Тогда следующая симметричная версия квадратичной взаимности выполняется для каждой пары целых чисел m, n {\ displaystyle m, n}m,nтакой, что gcd (m, n) = 1 {\ displaystyle \ gcd (m, n) = 1}\gcd(m,n)=1:

(mn) (nm) = ± (- 1) m ′ - 1 2 n ′ - 1 2, {\ displaystyle \ left ({\ frac {m} {n}) } \ right) \ left ({\ frac {n} {m}} \ right) = \ pm (-1) ^ {{\ frac {m'-1} {2}} {\ frac {n'-1 } {2}}},}\left({\frac mn}\right)\left({\frac nm}\right)=\pm (-1)^{{{\frac {m'-1}2}{\frac {n'-1}2}}},

где знак ± {\ displaystyle \ pm}\ pm равен + {\ displaystyle +}+ if m ≥ 0 {\ displaystyle m \ geq 0}m \ geq 0 или n ≥ 0 {\ displaystyle n \ geq 0}n \ geq 0 и равно - {\ displaystyle -}- if m < 0 {\displaystyle m<0}m <0 и n < 0 {\displaystyle n<0}n <0 .

Существует также эквивалентная несимметричная версия квадратичной взаимности, которая выполняется для каждой пары относительно простых целых чисел m, n {\ displaystyle m, n}m,n:

(mn) (n | m |) = (- 1) m ′ - 1 2 n ′ - 1 2. {\ displaystyle \ left ({\ frac {m} {n}} \ right) \ left ({\ frac {n} {| m |}} \ right) = (- 1) ^ {{\ frac {m ' -1} {2}} {\ frac {n'-1} {2}}}.}{\displaystyle \left({\frac {m}{n}}\right)\left({\frac {n}{|m|}}\right)=(-1)^{{\frac {m'-1}{2}}{\frac {n'-1}{2}}}.}

Для любого целого n {\ displaystyle n}n пусть n ∗ = (- 1) (n ′ - 1) / 2 n {\ displaystyle n ^ {*} = (- 1) ^ {(n'-1) / 2} n}n^{*}=(-1)^{{(n'-1)/2}}n. Затем у нас есть другая эквивалентная несимметричная версия, в которой говорится:

(m ∗ n) = (n | m |) {\ displaystyle \ left ({\ frac {m ^ {*}} {n}} \ right) = \ left ({\ frac {n} {| m |}} \ right)}\ left ({\ frac {m ^ {*}} {n}} \ right) = \ left ({\ frac {n} {| m |}} \ right)

для каждой пары целых чисел m, n {\ displaystyle m, n}m,n(не обязательно относительно премьер).

Дополнительные законы также распространяются на символ Кронекера. Эти законы легко следуют из каждой версии квадратичного закона взаимности, указанной выше (в отличие от символа Лежандра и Якоби, где и основной закон, и дополнительные законы необходимы для полного описания квадратичной взаимности).

Для любого целого числа n {\ displaystyle n}n мы имеем

(- 1 n) = (- 1) n ′ - 1 2 {\ displaystyle \ left ( {\ frac {-1} {n}} \ right) = (- 1) ^ {\ frac {n'-1} {2}}}\left({\frac {-1}{n}}\right)=(-1)^{{{\frac {n'-1}{2}}}}

и для любого нечетного целого n {\ displaystyle n }n это

(2 n) = (- 1) n 2 - 1 8. {\ displaystyle \ left ({\ frac {2} {n}} \ right) = (- 1) ^ {\ frac {n ^ {2} -1} {8}}.}\ left ({\ frac {2} {n}} \ right) = ( -1) ^ {{{\ frac {n ^ {2} -1} {8}}}}.
Связь с символами Дирихле

Если a ≢ 3 (mod 4) {\ displaystyle a \ not \ Equiv 3 {\ pmod {4}}}a \ not \ Equiv 3 {\ pmod 4} и a ≠ 0 {\ displaystyle a \ neq 0}a \ neq 0 , карта χ (n) = (an) {\ displaystyle \ chi (n) = \ left ({\ tfrac {a} {n}} \ right) }\ chi (n) = \ left ({\ tfrac an} \ right) - действительный символ Дирихле модуля {4 | а |, a 2 (mod 4), | а |, в противном случае. {\ displaystyle {\ begin {cases} 4 | a |, a \ Equiv 2 {\ pmod {4}}, \\ | a |, {\ text {в противном случае.}} \ end {cases}}}{\ begin {cases} 4 | a |, a \ Equiv 2 {\ pmod 4}, \\ | a |, {\ text {в противном случае.}} \ End {ases}} И наоборот, каждый реальный символ Дирихле может быть записан в этой форме с помощью a ≡ 0, 1 (mod 4) {\ displaystyle a \ Equiv 0,1 {\ pmod {4}}}а \ экв 0,1 { \ pmod 4} (для a ≡ 2 (mod 4) {\ displaystyle a \ Equiv 2 {\ pmod {4}}}a \ Equiv 2 {\ pmod 4} это (an) = (4 an) {\ displaystyle \ left ({\ tfrac {a} {n}} \ right) = \ left ({\ tfrac {4a} {n}} \ right)}\ left ({\ tfrac {a} {n}} \ right) = \ left ({\ tfrac {4a} {n}} \ right) ).

В частности, примитивные действительные символы Дирихле χ {\ displaystyle \ chi}\ chi находятся в соответствии 1–1 с квадратичными полями F = Q (m) {\ displaystyle F = \ mathbb {Q} ({\ sqrt {m}})}F = {\ mathbb Q} ({\ sqrt m}) , где m {\ displaystyle m}m ненулевое значение целое число без квадратов (мы можем включить случай Q (1) = Q {\ displaystyle \ mathbb {Q} ({\ sqrt {1}}) = \ mathbb {Q}}{\ mathbb Q} ({\ sqrt 1}) = {\ mathbb Q} для представления главного символа, даже если это не правильное квадратичное поле). Символ χ {\ displaystyle \ chi}\ chi можно восстановить из поля как символ Артина (F / Q ⋅) {\ displaystyle \ left ({ \ tfrac {F / \ mathbb {Q}} {\ cdot}} \ right)}\ left ( {\ tfrac {F / {\ mathbb Q}} \ cdot} \ right) : то есть для положительного простого числа p {\ displaystyle p}p , значение χ (p) {\ displaystyle \ chi (p)}\ chi (p) зависит от поведения идеала (p) {\ displaystyle (p)}(p) в кольце целых чисел OF {\ displaystyle O_ {F}}O_ {F} :

χ (p) = {0, (p) разветвляется, 1, (p) разделяется, - 1, (p) инертен. {\ displaystyle \ chi (p) = {\ begin {case} 0, (p) {\ text {ветвится,}} \\ 1, (p) {\ text {splits,}} \\ - 1, (p) {\ text {инертен.}} \ end {cases}}}\ chi (p) = {\ begin {case} 0, (p) {\ text {разветвлен,}} \\ 1, (p) {\ text {splits,}} \\ - 1, (p) {\ text {инертен.}} \ end {cases}}

Тогда χ (n) {\ displaystyle \ chi (n)}\ чи (п) равно Кронекеру символ (D n) {\ displaystyle \ left ({\ tfrac {D} {n}} \ right)}\ left ({\ tfrac Dn} \ right) , где

D = {m, m ≡ 1 (mod 4), 4 м, м ≡ 2, 3 (mod 4) {\ displaystyle D = {\ begin {cases} m, m \ эквив 1 {\ pmod {4}}, \\ 4m, m \ эквив 2,3 { \ pmod {4}} \ end {cases}}}D = {\ begin {case} m, m \ Equiv 1 {\ pmod 4}, \\ 4m, m \ Equiv 2,3 {\ pmod 4} \ end {case}}

- это дискриминант для F {\ displaystyle F}F . Проводником χ {\ displaystyle \ chi}\ chi является | D | {\ displaystyle | D |}| D | .

Аналогично, если n>0 {\ displaystyle n>0}n>0 , карта χ (a) = (an) {\ displaystyle \ chi (a) = \ left ( {\ tfrac {a} {n}} \ right)}\ chi (a) = \ left ({\ tfrac an} \ right) - действительный символ Дирихле с модулем {4 n, n ≡ 2 (mod 4), n в противном случае. {\ displaystyle { \ begin {case} 4n, n \ Equiv 2 {\ pmod {4}}, \\ n, {\ text {в противном случае.}} \ end {cases}}}{\ begin {cases} 4n, n \ Equiv 2 {\ pmod 4}, \\ n, {\ text {иначе.} } \ end {case}} Однако не все реальные символы могут быть представлены таким образом, например, символ (- 4 ⋅) {\ displaystyle \ left ({\ tfrac {-4} {\ cdot}} \ right)}\ left ({\ tfrac {-4} \ cdot} \ right) не может быть записывается как (⋅ n) {\ displaystyle \ left ({\ tfrac {\ cdot} {n}} \ right)}\ left ({\ tfrac \ cdot n} \ right) для любого n {\ displaystyle n}n . По закону квадратичной взаимности мы имеем (⋅ n) = (n ∗ ⋅) {\ displaystyle \ left ({\ tfrac {\ cdot} {n}} \ right) = \ left ( {\ tfrac {n ^ {*}} {\ cdot}} \ right)}\ left ({\ tfrac \ cdot n} \ right) = \ left ({\ tfrac {n ^ {*}} \ cdot} \ right) . Символ (a ⋅) {\ displaystyle \ left ({\ tfrac {a} {\ cdot}} \ right)}\ left ({\ tfrac a \ cdot} \ right) можно представить как (⋅ n) {\ displaystyle \ left ({\ tfrac { \ cdot} {n}} \ right)}\ left ({\ tfrac \ cdot n} \ right) тогда и только тогда, когда его нечетная часть a ′ ≡ 1 (mod 4) {\ displaystyle a '\ Equiv 1 {\ pmod {4}} }a'\equiv 1{\pmod 4}, в этом случае мы можем взять n = | а | {\ displaystyle n = | a |}n = | a | .

См. также
Ссылки

Эта статья включает материал из символа Кронекера на PlanetMath, который находится под лицензией Creative Commons Attribution / Share-Alike License.

Последняя правка сделана 2021-05-26 14:35:53
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте