p-adische Zahlen
Für eine Primzahl p bilden die p-adischen Zahlen eine Erweiterung der rationalen Zahlen, die sich topologisch von den reellen Zahlen unterscheidet. Während die reellen Zahlen eine Vervollständigung von ℚ bezüglich der üblichen Betragsmetrik sind, sind die p-adischen Zahlen die Vervollständigung von ℚ bezüglich der p-adischen Metrik, wobei Zahlen „klein“ sind, wenn sie durch eine hohe Potenz von p teilbar sind.
The concept of p-adic numbers, introduced by Kurt Hensel, provides a powerful and alternative way to extend the field of rational numbers. The construction is based on a different notion of distance, or absolute value. For a fixed prime [latex]p[/latex], the p-adic absolute value [latex]|x|_p[/latex] of a non-zero rational number [latex]x[/latex] is defined as follows: first, write [latex]x = p^n (a/b)[/latex] where [latex]a, b[/latex] are not divisible by [latex]p[/latex]. Then [latex]|x|_p = p^{-n}[/latex]. For example, for [latex]p=5[/latex], the number 75 is [latex]5^2 \cdot 3[/latex], so [latex]|75|_5 = 5^{-2} = 1/25[/latex]. A number is considered “small” in the p-adic sense if it is divisible by a high power of [latex]p[/latex].
Dieser p-adische Absolutbetrag definiert eine Metrik d_p(x, y) = |xy|_p, die die ultrametrische Ungleichung |x+y|_p ≤ max(|x|_p, |y|_p) erfüllt. Diese Ungleichung ist stärker als die übliche Dreiecksungleichung und führt zu einer ungewöhnlichen Topologie, in der alle Dreiecke gleichschenklig sind und jeder Punkt einer offenen Kugel deren Mittelpunkt bildet. Der Körper der p-adischen Zahlen, bezeichnet mit ℚ, ist die Vervollständigung der rationalen Zahlen ℚ bezüglich dieser Metrik, analog zur Vervollständigung der reellen Zahlen ℝ ℝ ℝ bezüglich des üblichen Absolutbetrags.
Ein wichtiges Werkzeug für die Arbeit mit p-adischen Zahlen ist das Lemma von Hensel. Es ermöglicht, Lösungen von Polynomkongruenzen modulo p auf Lösungen modulo höherer Potenzen von p und schließlich auf Lösungen in den p-adischen Zahlen zu übertragen. Das Hasse-Prinzip, auch lokal-globales Prinzip genannt, besagt, dass eine diophantische Gleichung genau dann eine rationale Lösung besitzt, wenn sie für jede Primzahl p sowohl eine Lösung in den reellen Zahlen als auch in den p-adischen Zahlen hat. Obwohl es nicht universell gültig ist, gilt es für wichtige Fälle wie quadratische Formen und ist ein grundlegendes Prinzip der Zahlentheorie.
UNESCO Nomenclature: 1101
– Algebra, Zahlentheorie und Gruppentheorie
Verwendung
Nische/Spezialisiert
Vorläufer
- Konzept der Feldfertigstellung
- Arbeiten zur Stromreihe von Weierstrass
- Theorie der Kongruenzen und modulare Arithmetik
- Entwicklung metrischer Räume
Anwendungen
- Zahlentheorie, insbesondere bei der Lösung diophantischer Gleichungen (Hasses Prinzip)
- algebraische Geometrie
- Quantenmechanik und Stringtheorie (p-adische Quantenmechanik)
- Kryptographie
Potenzielle Innovationsideen
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Verwandt mit: p-adische Zahl, Zahlentheorie, Kurt Hensel, Vervollständigung, metrischer Raum, Absolutbetrag, Hasse-Prinzip, Henselsches Lemma, Ultrametrik, diophantische Gleichung.