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numeri p-adici

1897
  • Kurt Hensel
La sala studio ottocentesca di Kurt Hensel era dedicata ai numeri p-adici e alla teoria dei numeri.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Per un numero primo [latex]p[/latex], i numeri p-adici formano un'estensione dei numeri razionali che è topologicamente diversa dai numeri reali. Mentre i numeri reali sono un completamento di [latex]\mathbb{Q}[/latex] rispetto alla metrica del valore assoluto usuale, i numeri p-adici sono il completamento di [latex]\mathbb{Q}[/latex] rispetto alla metrica p-adica, dove i numeri sono “piccoli” se sono divisibili per una potenza elevata di [latex]p[/latex].

Il concetto di numeri p-adici, introdotto da Kurt Hensel, fornisce un modo potente e alternativo per estendere il campo dei numeri razionali. La costruzione si basa su una diversa nozione di distanza, o valore assoluto. Per un numero primo fisso [latex]p[/latex], il valore assoluto p-adico [latex]|x|_p[/latex] di un numero razionale diverso da zero [latex]x[/latex] è definito come segue: innanzitutto, si scriva [latex]x = p^n (a/b)[/latex] dove [latex]a, b[/latex] non sono divisibili per [latex]p[/latex]. Quindi [latex]|x|_p = p^{-n}[/latex]. Ad esempio, per [latex]p=5[/latex], il numero 75 è [latex]5^2 \cdot 3[/latex], quindi [latex]|75|_5 = 5^{-2} = 1/25[/latex]. Un numero è considerato “piccolo” in senso p-adico se è divisibile per una potenza elevata di [latex]p[/latex].

Questo valore assoluto p-adico definisce una metrica [latex]d_p(x, y) = |x-y|_p[/latex], che soddisfa la disuguaglianza ultrametrica: [latex]|x+y|_p \leq \max(|x|_p, |y|_p)[/latex]. Questa è più forte della solita disuguaglianza triangolare e porta a una strana topologia in cui tutti i triangoli sono isosceli e ogni punto in una sfera aperta è il suo centro. Il campo dei numeri p-adici, indicato con [latex]\mathbb{Q}_p[/latex], è il completamento dei numeri razionali [latex]\mathbb{Q}[/latex] rispetto a questa metrica, proprio come i numeri reali [latex]\mathbb{R}[/latex] sono il completamento di [latex]\mathbb{Q}[/latex] rispetto al valore assoluto standard.

Uno strumento fondamentale per lavorare con i numeri p-adici è il Lemma di Hensel, che fornisce un metodo per elevare le soluzioni delle congruenze polinomiali modulo [latex]p[/latex] a soluzioni modulo potenze superiori di [latex]p[/latex] e, infine, a soluzioni nei numeri interi p-adici. Il principio di Hasse, o principio locale-globale, afferma che un'equazione di Diofanto ha una soluzione razionale se e solo se ha una soluzione nei numeri reali e nei numeri p-adici per ogni primo [latex]p[/latex]. Sebbene non sia universalmente vero, vale per casi importanti come le forme quadratiche ed è un principio guida nella teoria dei numeri.

UNESCO Nomenclature: 1101
– Algebra, teoria dei numeri e teoria dei gruppi

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Sostanziale

Utilizzo

Nicchia/Specializzato

Precursori

  • concetto di completamento del campo
  • lavoro sulle serie di potenze di Weierstrass
  • teoria delle congruenze e aritmetica modulare
  • sviluppo degli spazi metrici

Applicazioni

  • teoria dei numeri, in particolare nella risoluzione delle equazioni diofantee (principio di Hasse)
  • geometria algebrica
  • meccanica quantistica e teoria delle stringhe (meccanica quantistica p-adica)
  • crittografia

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Contesto storico

Numeri p-adici

1801
1850
1875
1897
1950
1800
1844
1874
1893
1900

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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