Nombres p-adiques
Pour un nombre premier p, les nombres p-adiques forment une extension des nombres rationnels topologiquement différente de celle des nombres réels. Alors que les nombres réels sont un complété de ℝ pour la métrique de la valeur absolue usuelle, les nombres p-adiques sont le complété de ℝ pour la métrique p-adique, où les nombres sont « petits » s'ils sont divisibles par une grande puissance de p.
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].
Cette valeur absolue p-adique définit une métrique dp(x, y) = |xy|p, qui satisfait l'inégalité ultramétrique : |x+y|p ≤ max(|x|p, |y|p). Cette inégalité est plus forte que l'inégalité triangulaire usuelle et conduit à une topologie particulière où tous les triangles sont isocèles et où tout point d'une boule ouverte est son centre. Le corps des nombres p-adiques, noté Qp, est le complété des nombres rationnels Q pour cette métrique, de même que les nombres réels ℝ sont le complété de Q pour la valeur absolue standard.
Un outil essentiel pour travailler avec les nombres p-adiques est le lemme de Hensel, qui fournit une méthode pour étendre les solutions des congruences polynomiales modulo p à des solutions modulo des puissances supérieures de p, et finalement à des solutions appartenant à l'ensemble des entiers p-adiques. Le principe de Hasse, ou principe local-global, stipule qu'une équation diophantienne admet une solution rationnelle si et seulement si elle admet une solution dans l'ensemble des nombres réels et dans l'ensemble des nombres p-adiques pour tout nombre premier p. Bien que non universellement vrai, ce principe est valable dans des cas importants comme les formes quadratiques et constitue un principe directeur en théorie des nombres.
UNESCO Nomenclature: 1101
– Algèbre, théorie des nombres et théorie des groupes
Précurseurs
- concept de complétion de champ
- ouvrage sur les séries de puissance de Weierstrass
- théorie des congruences et arithmétique modulaire
- développement des espaces métriques
Applications
- théorie des nombres, notamment pour la résolution des équations diophantiennes (principe de Hasse)
- géométrie algébrique
- mécanique quantique et théorie des cordes (mécanique quantique p-adique)
- cryptographie
Idées d'innovations potentielles
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Lié à : nombre p-adique, théorie des nombres, Kurt Hensel, complétion, espace métrique, valeur absolue, principe de Hasse, lemme de Hensel, ultramétrique, équation diophantienne.