Articulo de referencia

Anillo de Adele

En matemáticas , el anillo de Adele es una construcción en teoría de números que combina todas las versiones locales de un campo global en un solo objeto. Para los números racio...

En matemáticas , el anillo de Adele es una construcción en teoría de números que combina todas las versiones locales de un campo global en un solo objeto. Para los números racionales , estas versiones locales incluyen los números reales y los campos depag{\displaystyle p}números -ádicos para todos los números primospag{\displaystyle p}. De manera más general, siK{\displaystyle K}es un campo global, su anillo Adele, a menudo denotadoAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}, es un anillo topológico construido a partir de las completacionesKv{\displaystyle K_{v}}deK{\displaystyle K}en todos sus lugaresv{\displaystyle v}Formalmente, es un producto restringido de los campos locales.Kv{\displaystyle K_{v}}, con respecto a los anillos de valoración en los lugares no arquimedianos. Sus elementos se llaman adeles .

La topología de producto restringida hace queAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}un anillo topológico localmente compacto . El campoK{\displaystyle K}se incrusta diagonalmente enAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}como un subanillo discreto, y el cocienteAK/K{\displaystyle \mathbb {A} _{K}/K}es compacto. Como grupo abeliano aditivo localmente compacto, el anillo de adele es autodual, lo que lo convierte en un entorno natural para el análisis de Fourier en campos globales.

El grupo de unidades del anillo de Adele, con su topología natural, es el grupo de Idele.AK×{\displaystyle \mathbb {A} _{K}^{\times }}. El cocienteAK×/K×{\displaystyle \mathbb {A} _{K}^{\times }/K^{\times }}, llamado grupo de clases idele , es un objeto central en la teoría de cuerpos de clases . Los adeles e ideles también se utilizan en la tesis de Tate , la teoría de formas automórficas , principios locales-globales y descripciones adélicas de divisores , haces de líneas y haces principales en curvas algebraicas .

Definición

DejarK{\displaystyle K}sea ​​un campo global , es decir, un campo numérico o un campo de función global.v{\displaystyle v}correr por los lugares deK{\displaystyle K}. Para cada lugarv{\displaystyle v}, dejarKv{\displaystyle K_{v}}ser la finalización deK{\displaystyle K}env{\displaystyle v}. Siv{\displaystyle v}no es arquimediano, dejemosOv{\displaystyle {\mathcal {O}}_{v}}sea ​​el anillo de valoración correspondiente. [ 1 ] [ 2 ]

El conjunto de adeles finitos deK{\displaystyle K}, denotadoAK,Finorte{\displaystyle \mathbb {A} _{K,\mathrm {fin} }}, es el producto restringido de las completaciones no arquimedianasKv{\displaystyle K_{v}}con respecto a los subanillosOv{\displaystyle {\mathcal {O}}_{v}}:

AK,Finorte=vKv={(incógnitav)vvKv:incógnitavOv para todos excepto para un número finito de personas v}.{\displaystyle \mathbb {A} _{K,\mathrm {fin} }={\prod _{v\nmid \infty }}'K_{v}=\left\{(x_{v})_{v}\in \prod _{v\nmid \infty }K_{v}:x_{v}\in {\mathcal {O}}_{v}{\text{ for all but finitely many }}v\right\}.}

Está equipado con la topología de producto restringido. Una base de conjuntos abiertos viene dada por productos.

vmiUv×vmiOv,{\displaystyle \prod _{v\in E}U_{v}\times \prod _{v\notin E}{\mathcal {O}}_{v},}

dóndemi{\displaystyle E}es un conjunto finito de lugares no arquimedianos y cadaUv{\displaystyle U_{v}}está abierto enKv{\displaystyle K_{v}}. Con suma y multiplicación componente por componente,AK,Finorte{\displaystyle \mathbb {A} _{K,\mathrm {fin} }}es un anillo topológico. [ 1 ] [ 3 ]

El anillo de Adele deK{\displaystyle K}, denotadoAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}, se obtiene uniendo las terminaciones en los lugares arquimedianos:

AK=AK,Finorte×vKv=vKv×vKv.{\displaystyle \mathbb {A} _{K}=\mathbb {A} _{K,\mathrm {fin} }\times \prod _{v\mid \infty }K_{v}={\prod _{v\nmid \infty }}'K_{v}\times \prod _{v\mid \infty }K_{v}.}

El número de lugares arquimedianos es finito, y cada completación arquimediana es isomorfa aR{\displaystyle \mathbb {R} }odo{\displaystyle \mathbb {C} }. Los elementos deAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}se llaman adeles deK{\displaystyle K}La suma y la multiplicación se definen componente a componente. Para abreviar, a menudo se escribe

AK=vKv,{\displaystyle \mathbb {A} _{K}=\prod _{v}'K_{v},}

con el entendimiento de que la condición de producto restringido se aplica solo en los lugares no arquimedianos. [ 2 ] [ 1 ]

SiK{\displaystyle K}es un campo de función global, entonces no hay lugares arquimedianos, por lo tantoAK=AK,Finorte{\displaystyle \mathbb {A} _{K}=\mathbb {A} _{K,\mathrm {fin} }}.

Existe una incrustación diagonal natural.

KAK,a(a,a,).{\displaystyle K\hookrightarrow \mathbb {A} _{K},\qquad a\mapsto (a,a,\ldots ).}

Este mapa está bien definido porque un elementoaK{\displaystyle a\in K}se encuentra enOv{\displaystyle {\mathcal {O}}_{v}}para todos los lugares no arquimedianos, salvo un número finito de ellos.v{\displaystyle v}. Después de esta incrustación,K{\displaystyle K}se considera un subanillo deAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}y sus elementos a veces se denominan los principales adeles deAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}. [ 3 ] [ 1 ]

En términos más generales, siS{\displaystyle S}es un conjunto de lugares deK{\displaystyle K}, se puede definir el anillo deS{\displaystyle S}-adeles por

AK,S:=vSKv,{\displaystyle \mathbb {A} _{K,S}:=\prod _{v\in S}'K_{v},}

nuevamente utilizando los anillos de valoraciónOv{\displaystyle {\mathcal {O}}_{v}}en los lugares no arquimedianos enS{\displaystyle S}. Si

AKS:=vSKv,{\displaystyle \mathbb {A} _{K}^{S}:=\prod _{v\notin S}'K_{v},}

Luego se produce una descomposición del producto natural.

AKAK,S×AKS.{\displaystyle \mathbb {A} _{K}\cong \mathbb {A} _{K,S}\times \mathbb {A} _{K}^{S}.}

Motivación

El propósito del anillo Adele es observar todas las finalizaciones de un campo global.K{\displaystyle K}de inmediato. Para los números racionales, el valor absoluto usual da la completitud.R{\displaystyle \mathbb {R} }, pero el teorema de Ostrowski muestra que también existen lospag{\displaystyle p}valores absolutos -ádicos, uno para cada número primopag{\displaystyle p}En términos más generales, un campo global tiene una familia de completaciones.Kv{\displaystyle K_{v}}uno por cada lugarv{\displaystyle v}El anillo de Adele empaqueta estas completaciones en un solo objeto, de modo que se pueden aplicar métodos analíticos conservando la información aritmética de todos los primos finitos. [ 1 ] [ 2 ]

Un precursor de este punto de vista es la geometría de los números de Minkowski . SiK{\displaystyle K}es un campo numérico con un anillo de enterosOK{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}, los lugares de incrustación clásicos de MinkowskiOK{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}como una red en el espacio vectorial real de dimensión finita

KQRRr×dos.{\displaystyle K\otimes _{\mathbb {Q} }\mathbb {R} \cong \mathbb {R} ^{r}\times \mathbb {C} ^{s}.}

Esto permite estudiar cuestiones aritméticas utilizando argumentos de volumen y compacidad. El anillo de Adele puede considerarse una ampliación local-global de esta construcción: en lugar de utilizar únicamente las completaciones arquimedianas, incluye todas las completaciones deK{\displaystyle K}En el entorno adélico, el campo globalK{\displaystyle K}se incrusta diagonalmente como un subgrupo discreto deAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}y el cocienteAK/K{\displaystyle \mathbb {A} _{K}/K}es compacto. [ 3 ] [ 1 ]

El anillo adele se define como un producto restringido en lugar de como el producto cartesiano completo de todas las completaciones. La condición de producto restringido dice que un adele es integral en casi todos los lugares no arquimedianos. Esta condición es natural desde el punto de vista del campo global mismo: siaK{\displaystyle a\in K}, entoncesa{\displaystyle a}pertenece aOv{\displaystyle {\mathcal {O}}_{v}}para todos excepto un número finito de lugares finitosv{\displaystyle v}. Por lo tanto, la incrustación diagonal

KAK{\displaystyle K\hookrightarrow \mathbb {A} _{K}}

se encuentra en el producto restringido.

El producto restringido es también la condición topológica que hace que el anillo de Adele sea útil para el análisis. Con su topología de producto restringido,AK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}es un anillo topológico localmente compacto. La compacidad local da el grupo aditivo deAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}una medida de Haar, que permite realizar análisis armónicos en el anillo de adele. Esta es una de las principales razones por las que los adeles son útiles en la teoría de números moderna. [ 1 ] [ 4 ]

La tesis de Tate , por ejemplo, construye un análisis de Fourier sobre el anillo adele y una integración sobre el grupo idele para dar un tratamiento uniforme de Hecke.L{\displaystyle L}-funciones. En este enfoque, las integrales zeta globales se factorizan en integrales locales sobre las completaciones.Kv{\displaystyle K_{v}}y la estructura local-global del anillo de adele explica el producto de Euler, la continuación analítica y la ecuación funcional de estosL{\displaystyle L}-funciones. [ 5 ] [ 6 ]

Ejemplos

Adeles racionales

ParaK=Q{\displaystyle K=\mathbb {Q} }, el teorema de Ostrowski dice que los lugares deQ{\displaystyle \mathbb {Q} }están dados por el valor absoluto usual y elpag{\displaystyle p}valores absolutos -ádicos, uno para cada número primopag{\displaystyle p}. La culminación en el lugar infinito es

Q=R,{\displaystyle \mathbb {Q} _{\infty }=\mathbb {R} ,}

y la finalización en el lugar correspondiente apag{\displaystyle p}es el campo depag{\displaystyle p}números -ádicosQpag{\displaystyle \mathbb {Q} _{p}}, con anillo de valoraciónZpag{\displaystyle \mathbb {Z} _{p}}. Así, el anillo de Adele deQ{\displaystyle \mathbb {Q} }es

AQ=R×pagQpag,{\displaystyle \mathbb {A} _{\mathbb {Q} }=\mathbb {R} \times \prod _{p}'\mathbb {Q} _{p},}

donde el producto restringido se toma con respecto a los subanillosZpag{\displaystyle \mathbb {Z} _{p}}. De forma equivalente,

AQ={(incógnita,incógnita2,incógnita3,incógnita5,):incógnitaR, incógnitapagQpag, incógnitapagZpag para todos excepto para un número finito de personas pag}.{\displaystyle \mathbb {A} _{\mathbb {Q} }=\left\{(x_{\infty },x_{2},x_{3},x_{5},\ldots ):x_{\infty }\in \mathbb {R} ,\ x_{p}\in \mathbb {Q} _{p},\ x_{p}\in \mathbb {Z} _{p}{\text{ for all but finitely many }}p\right\}.}

Así, una adele deQ{\displaystyle \mathbb {Q} }es un número real junto con unpag{\displaystyle p}número racional -ádico para cada número primopag{\displaystyle p}, de tal manera que todos, salvo un número finito de lospag{\displaystyle p}Los componentes -ádicos sonpag{\displaystyle p}Enteros -ádicos. [ 1 ] [ 2 ]

Los adeles finitos deQ{\displaystyle \mathbb {Q} }son

AQ,Finorte=pagQpag.{\displaystyle \mathbb {A} _{\mathbb {Q} ,\mathrm {fin} }=\prod _{p}'\mathbb {Q} _{p}.}

Los adeles finitos integrales son

Z^=pagZpag,{\displaystyle {\widehat {\mathbb {Z} }}=\prod _{p}\mathbb {Z} _{p},}

el anillo de enteros profinitos . Con esta notación,

AQ=R×AQ,Finorte,Z^AQ,Finorte.{\displaystyle \mathbb {A} _{\mathbb {Q} }=\mathbb {R} \times \mathbb {A} _{\mathbb {Q} ,\mathrm {fin} },\qquad {\widehat {\mathbb {Z} }}\subset \mathbb {A} _{\mathbb {Q} ,\mathrm {fin} }.}

La incrustación diagonal deQ{\displaystyle \mathbb {Q} }envía un número racionala{\displaystyle a}a Adele

(a,a,a,).{\displaystyle (a,a,a,\ldots ).}

Esto está bien definido porque un número racional tiene solo un número finito de factores primos en su denominador, por lo queaZpag{\displaystyle a\in \mathbb {Z} _{p}}para todos los números primos excepto un número finitopag{\displaystyle p}.

Campos numéricos

DejarK{\displaystyle K}sea ​​un campo numérico con un anillo de enterosOK{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}En cada lugar finitov{\displaystyle v}, la finalizaciónKv{\displaystyle K_{v}}es una extensión finita de algunaQpag{\displaystyle \mathbb {Q} _{p}}y su anillo de valoración se denotaOv{\displaystyle {\mathcal {O}}_{v}}. En cada lugar infinito, la completitud es isomorfa a oR{\displaystyle \mathbb {R} }odo{\displaystyle \mathbb {C} }El anillo de Adele es

AK=vKv×vKv,{\displaystyle \mathbb {A} _{K}=\prod _{v\nmid \infty }'K_{v}\times \prod _{v\mid \infty }K_{v},}

donde el producto restringido sobre lugares finitos se toma con respecto a los anillosOv{\displaystyle {\mathcal {O}}_{v}}. Así, una adele deK{\displaystyle K}es una familia(incógnitav)v{\displaystyle (x_{v})_{v}}conincógnitavKv{\displaystyle x_{v}\in K_{v}}para cada lugarv{\displaystyle v}, de tal manera queincógnitavOv{\displaystyle x_{v}\in {\mathcal {O}}_{v}}para todos excepto un número finito de lugares finitos.

Por ejemplo, siK{\displaystyle K}es un cuerpo numérico cuadrático, entonces su factor arquimediano es oR2{\displaystyle \mathbb {R} ^{2}}, cuandoK{\displaystyle K}tiene dos incrustaciones reales, odo{\displaystyle \mathbb {C} }, cuandoK{\displaystyle K}tiene un par de incrustaciones complejas. La parte finita es un producto restringido sobre los ideales primos no nulos deOK{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}. [ 2 ] [ 1 ]

SiL/K{\displaystyle L/K}es una extensión finita de cuerpos numéricos, entonces la construcción adélica es compatible con la extensión de escalares. En particular, se tiene un isomorfismo natural

ALAKKL,{\displaystyle \mathbb {A} _{L}\cong \mathbb {A} _{K}\otimes _{K}L,}

y, en el caso especialK=Q{\displaystyle K=\mathbb {Q} },

ALAQQL.{\displaystyle \mathbb {A} _{L}\cong \mathbb {A} _{\mathbb {Q} }\otimes _{\mathbb {Q} }L.}

Esto ofrece otra forma de ver el anillo adele de un cuerpo numérico como la extensión adélica del anillo adele racional. [ 3 ] [ 1 ]

Campos y curvas de funciones

Ahora tomemos el campo de función.

K=Fq(PAG1)=Fq(t){\displaystyle K=\mathbb {F} _{q}(\mathbb {P} ^{1})=\mathbb {F} _{q}(t)}

de la recta proyectiva sobre un cuerpo finito. Sus lugares corresponden a los puntos cerrados.incógnita{\displaystyle x}deincógnita=PAG1{\displaystyle X=\mathbb {P} ^{1}}Dichos puntos pueden describirse como mapas.

incógnita:EspeculaciónFqnortePAG1{\displaystyle x:\operatorname {Spec} \mathbb {F} _{q^{n}}\longrightarrow \mathbb {P} ^{1}}

encimaEspeculaciónFq{\displaystyle \operatorname {Spec} \mathbb {F} _{q}}. Por ejemplo, hayq+1{\displaystyle q+1}puntos de la forma

EspeculaciónFqPAG1.{\displaystyle \operatorname {Spec} \mathbb {F} _{q}\longrightarrow \mathbb {P} ^{1}.}

Por un puntoincógnita{\displaystyle x}, el anillo local utilizado en el producto restringido es el anillo local completado

O^incógnita,incógnita,{\displaystyle {\widehat {\mathcal {O}}}_{X,x},}

y el campo local correspondiente es su campo de fracción, a menudo denotadoKincógnita,incógnita{\displaystyle K_{X,x}}. Así, el anillo de Adele deFq(PAG1){\displaystyle \mathbb {F} _{q}(\mathbb {P} ^{1})}puede estar escrito

AFq(PAG1)=incógnitaincógnitaKincógnita,incógnita,{\displaystyle \mathbb {A} _{\mathbb {F} _{q}(\mathbb {P} ^{1})}=\prod _{x\in X}'K_{X,x},}

donde el producto restringido se toma con respecto a los anillos locales completadosO^incógnita,incógnita{\displaystyle {\widehat {\mathcal {O}}}_{X,x}}. De forma equivalente, sus elementos son familias(Fincógnita)incógnita{\displaystyle (f_{x})_{x}}, conFincógnitaKincógnita,incógnita{\displaystyle f_{x}\in K_{X,x}}, de tal manera queFincógnitaO^incógnita,incógnita{\displaystyle f_{x}\in {\widehat {\mathcal {O}}}_{X,x}}para todos excepto un número finito de puntosincógnita{\displaystyle x}. [ 1 ]

La misma descripción se aplica a cualquier curva suave y propia.incógnita/Fq{\displaystyle X/\mathbb {F} _{q}}sobre un cuerpo finito. SiK=Fq(incógnita){\displaystyle K=\mathbb {F} _{q}(X)}es su campo de función, entonces

AK=incógnitaincógnitaKincógnita,incógnita,{\displaystyle \mathbb {A} _{K}=\prod _{x\in X}'K_{X,x},}

dóndeincógnita{\displaystyle x}corre sobre los puntos cerrados deincógnita{\displaystyle X}A diferencia de los campos numéricos, los campos de funciones globales no tienen lugares arquimedianos, por lo que el anillo de Adele finito y el anillo de Adele completo son iguales.

Topología y propiedades principales

La topología en el anillo de Adele es la topología de producto restringido. Para un conjunto finito de lugaresPAG{\displaystyle P}que contiene los lugares arquimedianos, define

AK(PAG):=vPAGKv×vPAGOv.{\displaystyle \mathbb {A} _{K}(P):=\prod _{v\in P}K_{v}\times \prod _{v\notin P}{\mathcal {O}}_{v}.}

Equipado con la topología del producto y la suma y multiplicación por componentes,AK(PAG){\displaystyle \mathbb {A} _{K}(P)}es un anillo topológico localmente compacto. SiPAG{\displaystyle P'}es otro conjunto finito de lugares deK{\displaystyle K}que contienePAG{\displaystyle P}, entoncesAK(PAG){\displaystyle \mathbb {A} _{K}(P)}es un subanillo abierto deAK(PAG){\displaystyle \mathbb {A} _{K}(P')}El anillo Adele es la unión de todos estos subanillos abiertos:

AK=PAGPAG, |PAG|<AK(PAG).{\displaystyle \mathbb {A} _{K}=\bigcup _{P\supset P_{\infty },\ |P|<\infty }\mathbb {A} _{K}(P).}

De forma equivalente,AK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}es el conjunto de todosincógnita=(incógnitav)v{\displaystyle x=(x_{v})_{v}}de tal manera que|incógnitav|v1{\displaystyle |x_{v}|_{v}\leq 1}para casi todos los lugares no arquimedianosv{\displaystyle v}. La topología deAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}es inducido por el requisito de que todosAK(PAG){\displaystyle \mathbb {A} _{K}(P)}ser subanillos abiertos. Por lo tantoAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}es un anillo topológico localmente compacto. [ 1 ] [ 3 ]

La misma construcción se aplica a conjuntos de lugares. Para cada conjunto de lugaresS{\displaystyle S}, el anillo deS{\displaystyle S}-Adeles

AK,S=vSKv{\displaystyle \mathbb {A} _{K,S}=\prod _{v\in S}'K_{v}}

es un anillo topológico localmente compacto, con la topología de producto restringido. Si

AKS=vSKv,{\displaystyle \mathbb {A} _{K}^{S}=\prod _{v\notin S}'K_{v},}

Luego se produce una descomposición del producto natural.

AKAK,S×AKS.{\displaystyle \mathbb {A} _{K}\cong \mathbb {A} _{K,S}\times \mathbb {A} _{K}^{S}.}

La incrustación diagonal

KAK,a(a,a,){\displaystyle K\hookrightarrow \mathbb {A} _{K},\qquad a\mapsto (a,a,\ldots )}

identificaK{\displaystyle K}con un subanillo deAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}. Con esta incrustación, los elementos deK{\displaystyle K}se llaman adeles principales. La imagen deK{\displaystyle K}es discreto enAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}y el cociente

AK/K{\displaystyle \mathbb {A} _{K}/K}

es compacto. En particular,K{\displaystyle K}está cerrado enAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}Esta propiedad de compacidad es una de las principales razones por las que el anillo de Adele es útil en el análisis armónico y en aplicaciones aritméticas. [ 3 ] [ 1 ]

El anillo Adele también se separa naturalmente en cualquier factor local elegido y los factores restantes. Fijar un lugarv{\displaystyle v}deK{\displaystyle K}. DejarPAG{\displaystyle P}ser un conjunto finito de lugares que contienenv{\displaystyle v}yPAG{\displaystyle P_{\infty }}y definir

AK(PAG,v):=wPAG{v}Kw×wPAGOw.{\displaystyle \mathbb {A} _{K}'(P,v):=\prod _{w\in P\setminus \{v\}}K_{w}\times \prod _{w\notin P}{\mathcal {O}}_{w}.}

Entonces

AK(PAG)Kv×AK(PAG,v).{\displaystyle \mathbb {A} _{K}(P)\cong K_{v}\times \mathbb {A} _{K}'(P,v).}

Además, defina

AK(v):=PAGPAG{v}AK(PAG,v),{\displaystyle \mathbb {A} _{K}'(v):=\bigcup _{P\supset P_{\infty }\cup \{v\}}\mathbb {A} _{K}'(P,v),}

dóndePAG{\displaystyle P}recorre todos los conjuntos finitos que contienenPAG{v}{\displaystyle P_{\infty }\cup \{v\}}. Entonces

AKKv×AK(v),{\displaystyle \mathbb {A} _{K}\cong K_{v}\times \mathbb {A} _{K}'(v),}

a través del mapa

(aw)w(av,(aw)wv).{\displaystyle (a_{w})_{w}\mapsto (a_{v},(a_{w})_{w\neq v}).}

Por lo tanto, existe una incrustación natural.KvAK{\displaystyle K_{v}\hookrightarrow \mathbb {A} _{K}}y una proyección naturalAKKv{\displaystyle \mathbb {A} _{K}\twoheadrightarrow K_{v}}La misma construcción funciona con cualquier conjunto finito de lugares en lugar del único lugar.v{\displaystyle v}.

DesdeAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}es localmente compacto como un grupo aditivo, tiene una medida de Haar aditiva. Esta medida se utiliza en el análisis armónico en campos globales y generalmente se normaliza como un producto de medidas de Haar locales. Con la normalización estándar en los lugares no arquimedianos, el anillo de valuaciónOv{\displaystyle {\mathcal {O}}_{v}}tiene medida1{\displaystyle 1}para casi todos los lugares finitos. [ 5 ] [ 4 ]

Medida de Haar y análisis de Fourier

DesdeAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}es localmente compacto como grupo aditivo, tiene una medida de Haar aditiva , usualmente denotadadincógnita{\displaystyle dx}Esta medida puede normalizarse como un producto de medidas Haar locales en las terminaciones.Kv{\displaystyle K_{v}}En un lugar no arquimedianov{\displaystyle v}la medida localdincógnitav{\displaystyle dx_{v}}se normaliza comúnmente de modo que el anillo de valoraciónOv{\displaystyle {\mathcal {O}}_{v}}tiene medida1{\displaystyle 1}; en los lugares arquimedianos se utiliza la medida de Lebesgue habitual enR{\displaystyle \mathbb {R} }odo{\displaystyle \mathbb {C} }. [ 1 ] [ 4 ]

Una funciónF:AKdo{\displaystyle f:\mathbb {A} _{K}\to \mathbb {C} }se llama simple si

F=vFv,{\displaystyle f=\prod _{v}f_{v},}

donde cadaFv:Kvdo{\displaystyle f_{v}:K_{v}\to \mathbb {C} }es medible yFv=1Ov{\displaystyle f_{v}=\mathbf {1} _{{\mathcal {O}}_{v}}}para casi todos los lugares no arquimedianosv{\displaystyle v}Con la normalización estándar, toda función simple integrable satisface

AKFdincógnita=vKvFvdincógnitav.{\displaystyle \int _{\mathbb {A} _{K}}f\,dx=\prod _{v}\int _{K_{v}}f_{v}\,dx_{v}.}

El producto es finito en el sentido de que casi todos los factores son iguales.1{\displaystyle 1}. [ 7 ] [ 1 ]

El análisis de Fourier en el anillo de Adele se basa en las características de su grupo aditivo. SiGRAMO{\displaystyle G}es un grupo abeliano localmente compacto, su grupo de caracteresGRAMO^{\displaystyle {\widehat {G}}}es el grupo de todos los homomorfismos continuos deGRAMO{\displaystyle G}a

T={zdo:|z|=1},{\displaystyle \mathbb {T} =\{z\in \mathbb {C} :|z|=1\},}

con la topología de convergencia uniforme en subconjuntos compactos. El anillo de Adele es autodual como un grupo abeliano localmente compacto:

AKAK^.{\displaystyle \mathbb {A} _{K}\cong {\widehat {\mathbb {A} _{K}}}.}

Esto se demuestra reduciendo a la declaración local correspondiente para cada finalización.Kv{\displaystyle K_{v}}Por ejemplo, el carácter habitual

mi(t)=exp(2πit){\displaystyle e_{\infty }(t)=\exp(2\pi it)}

da un isomorfismo

RR^,s(tmi(ts)).{\displaystyle \mathbb {R} \longrightarrow {\widehat {\mathbb {R} }},\qquad s\mapsto {\bigl (}t\mapsto e_{\infty }(ts){\bigr )}.}

Se utilizan caracteres locales análogos en los lugares no arquimedianos, y su producto restringido da la autodualidad global deAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}. [ 1 ] [ 4 ]

Después de elegir un carácter aditivo no trivialχ:AKT{\displaystyle \chi :\mathbb {A} _{K}\to \mathbb {T} } , la transformada de Fourier de una función adecuadaF{\displaystyle f}enAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}se define por

F^(y)=AKF(incógnita)χ(incógnitay)dincógnita.{\displaystyle {\widehat {f}}(y)=\int _{\mathbb {A} _{K}}f(x)\chi (xy)\,dx.}

Con una elección compatible de la medida de Haar, esta transformada de Fourier satisface las fórmulas usuales de inversión y Plancherel. Una de las características importantes del entorno adélico es que el análisis global de Fourier se convierte en un análisis local de Fourier sobre las completaciones.Kv{\displaystyle K_{v}}.

Con la ayuda de los personajes deAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}El análisis de Fourier se puede realizar en el anillo de adele. En la tesis de Tate , John Tate utilizó el análisis de Fourier en el anillo de adele y la integración sobre el grupo de idele para estudiar la función zeta de Riemann , Dirichlet.L{\displaystyle L}-funciones y Hecke más generalL{\displaystyle L}-funciones. Las formas adélicas de estas funciones pueden representarse como integrales sobre el anillo adélico o el grupo idelo, con respecto a las medidas de Haar correspondientes. Sus ecuaciones funcionales y continuaciones meromorfas pueden demostrarse aplicando el análisis de Fourier y la suma de Poisson en el contexto adélico. [ 5 ] [ 6 ] [ 8 ]

Por ejemplo, paraRe(s)>1{\displaystyle \operatorname {Re} (s)>1},

Z^|incógnita|sd×incógnita=ζ(s),{\displaystyle \int _{\widehat {\mathbb {Z} }}|x|^{s}\,d^{\times }x=\zeta (s),}

dónded×incógnita{\displaystyle d^{\times }x}es la medida de Haar multiplicativa en el grupo de idéle finitoIQ,Finorte{\displaystyle I_{\mathbb {Q} ,\mathrm {fin} }}, normalizado de modo queZ^×{\displaystyle {\widehat {\mathbb {Z} }}^{\times }}tiene volumen1{\displaystyle 1}y se extiende por cero al anillo de adele finito. Por lo tanto, la función zeta de Riemann se puede escribir como una integral sobre un subconjunto del anillo de adele. [ 9 ]

Aplicaciones

teoría del campo de clases

El anillo Adele entra en la teoría de campos de clases a través de su grupo de unidades, el grupo Idele.AK×{\displaystyle \mathbb {A} _{K}^{\times }}. El cociente

doK=AK×/K×{\displaystyle C_{K}=\mathbb {A} _{K}^{\times }/K^{\times }}

es el grupo de clases idélico deK{\displaystyle K}. La teoría global de campos de clases describe las extensiones abelianas deK{\displaystyle K}en términos de cocientes topológicos dedoK{\displaystyle C_{K}}En una formulación, la ley de reciprocidad global de Artin proporciona un homomorfismo de reciprocidad del grupo de clases idele al grupo de Galois de la extensión abeliana máxima deK{\displaystyle K}. A nivel finito, para una extensión abeliana finitaL/K{\displaystyle L/K}, el cociente correspondiente dedoK{\displaystyle C_{K}}se describe utilizando el subgrupo de norma dedoL{\displaystyle C_{L}}. [ 10 ] [ 11 ]

Esta formulación adélica integra los mapas de reciprocidad locales de la teoría de campos de clases locales en una formulación global. Reemplaza la formulación anterior basada en la teoría de ideales, que involucra grupos de clases ideales y grupos de clases de rayos, por una declaración sobre la topología y los cocientes del grupo de clases idele.

Clases y unidades ideales

El grupo idele proporciona un refinamiento topológico del grupo de ideales fraccionarios de un cuerpo numérico. Para un cuerpo numéricoK{\displaystyle K}, la parte finita del grupo idele se mapea sobre el grupo de ideales fraccionarios por

(incógnitapag)pagpagpagvpag(incógnitapag).{\displaystyle (x_{\mathfrak {p}})_{\mathfrak {p}}\longmapsto \prod _{\mathfrak {p}}{\mathfrak {p}}^{v_{\mathfrak {p}}(x_{\mathfrak {p}})}.}

El núcleo es el producto de los grupos de unidades locales. En consecuencia, el grupo de clases ideales ordinario puede recuperarse como un cociente del grupo de clases idele. Este punto de vista proporciona una interpretación adélica de la finitud del número de clases: la compacidad de las clases idele de norma uno implica que el grupo de clases ideales es compacto y, dado que es discreto, es finito. [ 3 ] [ 1 ]

El mismo círculo de ideas también proporciona una formulación adélica del teorema de la unidad. SiPAG{\displaystyle P}es un conjunto finito de lugares que contiene los lugares arquimedianos, el grupo dePAG{\displaystyle P}-unidades aparece como una intersección deK×{\displaystyle K^{\times }}con un subgrupo abierto natural del grupo idele. En particular, para un cuerpo numéricoK{\displaystyle K}El teorema de la unidad de Dirichlet establece que

OK×μ(K)×Zr+s1,{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}^{\times }\cong \mu (K)\times \mathbb {Z} ^{r+s-1},}

dóndeμ(K){\displaystyle \mu (K)}es el grupo cíclico finito de raíces de la unidad enK{\displaystyle K},r{\displaystyle r}es el número de incrustaciones reales, ys{\displaystyle s}es el número de pares conjugados de incrustaciones complejas. [ 1 ] [ 3 ]

La tesis de Tate y las funciones L

La topología enAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}hace el cocienteAK/K{\displaystyle \mathbb {A} _{K}/K}compacto, lo que permite realizar un análisis armónico en el anillo de Adele. Con la ayuda de los caracteres deAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}, el análisis de Fourier se puede realizar en el anillo de adele; la integración sobre el grupo de idele da entonces integrales zeta. [ 5 ] [ 4 ]

En la tesis de Tate , John Tate utilizó el análisis de Fourier en el anillo adele y el grupo idele para estudiar la función zeta de Riemann , Dirichlet.L{\displaystyle L}-funciones y Hecke más generalL{\displaystyle L}-funciones. Las formas adélicas de estas funciones pueden representarse como integrales sobre el anillo adélico o el grupo idelo, con respecto a las medidas de Haar correspondientes. Sus ecuaciones funcionales y continuaciones meromorfas pueden demostrarse mediante análisis de Fourier y suma de Poisson en el contexto adélico. [ 5 ] [ 12 ] [ 6 ]

Por ejemplo, paraRe(s)>1{\displaystyle \operatorname {Re} (s)>1}, se tiene una representación integral adélica de la función zeta de Riemann,

Z^|incógnita|sd×incógnita=ζ(s),{\displaystyle \int _{\widehat {\mathbb {Z} }}|x|^{s}\,d^{\times }x=\zeta (s),}

dónded×incógnita{\displaystyle d^{\times }x}es la medida de Haar multiplicativa en el grupo de idéle finitoIQ,Finorte{\displaystyle I_{\mathbb {Q} ,\mathrm {fin} }}, normalizado de modo queZ^×{\displaystyle {\widehat {\mathbb {Z} }}^{\times }}tiene volumen1{\displaystyle 1}y se extiende por cero al anillo de adele finito. Por lo tanto, la función zeta de Riemann se puede escribir como una integral sobre un subconjunto del anillo de adele.

Formas automórficas

Las adeles también proporcionan el lenguaje natural para las formas automórficas . En lugar de estudiar las funciones por separado sobre los números reales, complejos ypag{\displaystyle p}-puntos ádicos de un grupo algebraico, se estudian funciones en grupos adélicos comoGRAMO(AK){\displaystyle G(\mathbb {A} _{K})}. Por ejemplo, formas automórficas paraGL2{\displaystyle \operatorname {GL} _{2}}encimaQ{\displaystyle \mathbb {Q} }pueden ser vistas como funciones en

GL2(Q)GL2(AQ){\displaystyle \operatorname {GL} _{2}(\mathbb {Q} )\backslash \operatorname {GL} _{2}(\mathbb {A} _{\mathbb {Q} })}

que satisfacen condiciones algebraicas, analíticas y de crecimiento adecuadas. En este contexto, automorfoL{\displaystyle L}Las funciones a menudo se pueden describir mediante integrales sobre grupos adélicos. [ 13 ] [ 14 ]

De manera más general, el uso de puntos adélicosGRAMO(AK){\displaystyle G(\mathbb {A} _{K})}para grupos algebraicos reductivosGRAMO{\displaystyle G}es fundamental en la teoría moderna de las representaciones automórficas. Este punto de vista es también uno de los puntos de partida del programa de Langlands , que relaciona las representaciones automórficas de grupos adélicos con las representaciones de Galois. [ 13 ]

Principios de aproximación y locales-globales

El anillo de Adele proporciona una interpretación unificada de los teoremas de aproximación y las cuestiones locales-globales. El teorema de aproximación débil dice que, para un número finito de valoraciones no equivalentes deK{\displaystyle K}, la imagen diagonal deK{\displaystyle K}es denso en el producto de las completaciones correspondientes. El teorema de aproximación fuerte dice que, después de omitir un lugarv0{\displaystyle v_{0}}, el campoK{\displaystyle K}es denso en el producto restringido sobre todos los demás lugares. Por lo tanto, el campo global es discreto en su anillo de adele completo, pero se vuelve denso cuando se omite un lugar. [ 3 ]

El lenguaje adélico también se utiliza para formular principios locales-globales , como el principio de Hasse . En tales problemas se comparan soluciones en el ámbito global.K{\displaystyle K}con familias de soluciones compatibles en todas las categoríasKv{\displaystyle K_{v}}El anillo de Adele proporciona un espacio único en el que estas condiciones locales pueden recopilarse y estudiarse conjuntamente.

Curvas, divisores y haces

Para una curva suave y adecuadaincógnita/Fq{\displaystyle X/\mathbb {F} _{q}}con campo de funciónK{\displaystyle K}, el anillo de Adele deK{\displaystyle K}se puede describir utilizando las terminaciones en los puntos cerrados deincógnita{\displaystyle X}. En este contexto, los ideles recuperan los grupos divisor y de Picard de la curva. Uno tiene

División(incógnita)=Aincógnita×/Oincógnita×{\displaystyle \operatorname {Div} (X)=\mathbb {A} _{X}^{\times }/\mathbb {O} _{X}^{\times }}

y

Foto(incógnita)=K×Aincógnita×/Oincógnita×.{\displaystyle \operatorname {Pic} (X)=K^{\times }\backslash \mathbb {A} _{X}^{\times }/\mathbb {O} _{X}^{\times }.}

De este modo, la descripción de la clase divisora ​​de los haces de líneas en una curva puede expresarse adélicamente.

De forma más general, para un grupo algebraicoGRAMO{\displaystyle G}, los cocientes dobles adélicos describen los módulos de haces en curvas. En la uniformización de Weil, para grupos adecuados como grupos semisimples , y también paraGLnorte{\displaystyle \operatorname {GL} _{n}}, uno tiene una descripción adélica de la forma

BolloGRAMO(incógnita)=GRAMO(K)GRAMO(Aincógnita)/GRAMO(Oincógnita).{\displaystyle \operatorname {Bun} _{G}(X)=G(K)\backslash G(\mathbb {A} _{X})/G(\mathbb {O} _{X}).}

ParaGRAMO=GRAMOmetro{\displaystyle G=\mathbb {G} _{m}}, esto recupera la descripción adélica del grupo de Picard.

Dualidad de Serre en curvas

Los adeles también aparecen en la cohomología de curvas algebraicas. Siincógnita{\displaystyle X}es una curva propia suave sobre los números complejos, se pueden definir los ángulos de su campo de funciones.do(incógnita){\displaystyle \mathbb {C} (X)}de una manera análoga al caso de campos de funciones sobre campos finitos. Tate demostró que la dualidad de Serre enincógnita{\displaystyle X},

H1(incógnita,L)H0(incógnita,ΩincógnitaL1),{\displaystyle H^{1}(X,{\mathcal {L}})\simeq H^{0}(X,\Omega _{X}\otimes {\mathcal {L}}^{-1})^{*},}

Se puede deducir trabajando con este anillo de Adele.Ado(incógnita){\displaystyle \mathbb {A} _{\mathbb {C} (X)}}, dóndeL{\displaystyle {\mathcal {L}}}es un paquete de líneas enincógnita{\displaystyle X}. [ 15 ]

Grupo Idele

El grupo idele de un campo globalK{\displaystyle K}es el grupo de elementos invertibles del anillo de AdeleAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}. Generalmente se denota

AK×{\displaystyle \mathbb {A} _{K}^{\times }}

oIK{\displaystyle I_{K}}De forma equivalente, es el producto directo restringido.

AK×=vKv×{\displaystyle \mathbb {A} _{K}^{\times }=\prod _{v}'K_{v}^{\times }}

de los grupos multiplicativos de las completacionesKv{\displaystyle K_{v}}, tomado con respecto a los grupos de unidadesOv×{\displaystyle {\mathcal {O}}_{v}^{\times }}en los lugares no arquimedianos. Por lo tanto, un idele es una familiaincógnita=(incógnitav)v{\displaystyle x=(x_{v})_{v}}, conincógnitavKv×{\displaystyle x_{v}\in K_{v}^{\times }}para cada lugarv{\displaystyle v}, de tal manera queincógnitavOv×{\displaystyle x_{v}\in {\mathcal {O}}_{v}^{\times }}para todos excepto un número finito de no arquimedianosv{\displaystyle v}.

A pesar deAK×{\displaystyle \mathbb {A} _{K}^{\times }}es el grupo de unidades del anillo de Adele, no se le da la topología de subespacio heredada deAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}En cambio, se le da la topología de producto restringida, equivalentemente la topología inducida por la incrustación.

AK×AK×AK,incógnita(incógnita,incógnita1).{\displaystyle \mathbb {A} _{K}^{\times }\longrightarrow \mathbb {A} _{K}\times \mathbb {A} _{K},\qquad x\mapsto (x,x^{-1}).}

Con esta topología,AK×{\displaystyle \mathbb {A} _{K}^{\times }}es un grupo topológico localmente compacto abeliano .

La incrustación diagonal deK×{\displaystyle K^{\times }}enAK×{\displaystyle \mathbb {A} _{K}^{\times }}da el subgrupo de ideles principales . El cociente

doK=AK×/K×{\displaystyle C_{K}=\mathbb {A} _{K}^{\times }/K^{\times }}

es el grupo de clases idele . Este grupo es un objeto central en la teoría de campos de clases , donde las extensiones abelianas deK{\displaystyle K}se describen en términos de cocientes topológicos dedoK{\displaystyle C_{K}}.

El grupo idele también posee un valor absoluto natural, o módulo,

|incógnita|A=v|incógnitav|v,{\displaystyle |x|_{\mathbb {A} }=\prod _{v}|x_{v}|_{v},}

donde los valores absolutos locales se normalizan de la forma estándar. El producto es finito para ideles, ya que casi todos los componentes finitos son unidades. El subgrupo

AK1={incógnitaAK×:|incógnita|A=1}{\displaystyle \mathbb {A} _{K}^{1}=\{x\in \mathbb {A} _{K}^{\times }:|x|_{\mathbb {A} }=1\}}

es el grupo de ídeles de norma uno. Por la fórmula del producto,K×{\displaystyle K^{\times }}se encuentra enAK1{\displaystyle \mathbb {A} _{K}^{1}}y el cocienteAK1/K×{\displaystyle \mathbb {A} _{K}^{1}/K^{\times }}es compacto.

Para los cuerpos numéricos, la parte finita del grupo idele se mapea naturalmente sobre el grupo de ideales fraccionarios mediante

(incógnitapag)pagpagpagvpag(incógnitapag).{\displaystyle (x_{\mathfrak {p}})_{\mathfrak {p}}\longmapsto \prod _{\mathfrak {p}}{\mathfrak {p}}^{v_{\mathfrak {p}}(x_{\mathfrak {p}})}.}

El núcleo esO^K×{\displaystyle {\widehat {\mathcal {O}}}_{K}^{\times }}Así, el grupo de clases ideal ordinario se recupera como un cociente del grupo de clases idele. De esta forma, el grupo de clases idele refina el grupo de clases ideal al conservar los datos de las unidades locales y la información arquimediana.

Los ideles también se utilizan en el análisis armónico en campos globales. En la tesis de Tate , la integración sobre el anillo de ideles y el grupo de ideles proporciona un tratamiento uniforme de Hecke.L{\displaystyle L}-funciones, incluyendo sus productos de Euler, continuación analítica y ecuaciones funcionales.

Otras propiedades y esbozos de demostración

Las secciones anteriores ofrecen la definición básica y los principales usos del anillo de Adele. Esta sección recoge algunos datos estructurales estándar y esbozos de demostración.

Topología de producto restringida

La diferencia entre las topologías de producto restringidas y no restringidas se puede ilustrar utilizando una secuencia enAQ{\displaystyle \mathbb {A} _{\mathbb {Q} }}.

Lema. Considere la siguiente secuencia enAQ{\displaystyle \mathbb {A} _{\mathbb {Q} }}:
incógnita1=(12,1,1,)incógnita2=(1,13,1,)incógnita3=(1,1,15,1,)incógnita4=(1,1,1,17,1,){\displaystyle {\begin{aligned}x_{1}&=\left({\frac {1}{2}},1,1,\ldots \right)\\x_{2}&=\left(1,{\frac {1}{3}},1,\ldots \right)\\x_{3}&=\left(1,1,{\frac {1}{5}},1,\ldots \right)\\x_{4}&=\left(1,1,1,{\frac {1}{7}},1,\ldots \right)\\&\vdots \end{aligned}}}
En la topología del producto esto converge a(1,1,){\displaystyle (1,1,\ldots )}pero no converge en absoluto en la topología de producto restringido.

Demostración. En la topología de producto, la convergencia corresponde a la convergencia en cada coordenada, lo cual es trivial porque las secuencias se vuelven estacionarias. La secuencia no converge en la topología de producto restringida. Para cada adelea=(apag)pagAQ{\displaystyle a=(a_{p})_{p}\in \mathbb {A} _{\mathbb {Q} }}y para cada rectángulo abierto restringidoU=pagmiUpag×pagmiZpag,{\displaystyle \textstyle U=\prod _{p\in E}U_{p}\times \prod _{p\notin E}\mathbb {Z} _{p},}tiene1pagapagZpag{\displaystyle {\tfrac {1}{p}}-a_{p}\notin \mathbb {Z} _{p}}paraapagZpag{\displaystyle a_{p}\in \mathbb {Z} _{p}}y por lo tanto1pagapagZpag{\displaystyle {\tfrac {1}{p}}-a_{p}\notin \mathbb {Z} _{p}}a pesar depagF.{\displaystyle p\notin F.}Como resultadoincógnitanorteaU{\displaystyle x_{n}-a\notin U}para casi todosnortenorte.{\displaystyle n\in \mathbb {N} .}En esta consideración,mi{\displaystyle E}yF{\displaystyle F}son subconjuntos finitos del conjunto de todos los lugares.

Descripciones alternativas para campos numéricos

Los enteros profinitos se definen como la completación profinita de los anillos.Z/norteZ{\displaystyle \mathbb {Z} /n\mathbb {Z} }con el orden parcialnortemetrometro|norte,{\displaystyle n\geq m\Leftrightarrow m|n,}es decir,

Z^:=límitenorteZ/norteZ.{\displaystyle {\widehat {\mathbb {Z} }}:=\varprojlim _{n}\mathbb {Z} /n\mathbb {Z} .}
Lema.Z^pagZpag.{\displaystyle \textstyle {\widehat {\mathbb {Z} }}\cong \prod _{p}\mathbb {Z} _{p}.}

Demostración. Esto se deduce del Teorema Chino del Resto .

Lema.AQ,Finorte=Z^ZQ.{\displaystyle \mathbb {A} _{\mathbb {Q} ,\mathrm {fin} }={\widehat {\mathbb {Z} }}\otimes _{\mathbb {Z} }\mathbb {Q} .}

Demostración. Utilice la propiedad universal del producto tensorial. Defina unZ{\displaystyle \mathbb {Z} }-función bilineal

{Ψ:Z^×QAQ,Finorte((apag)pag,q)(apagq)pag.{\displaystyle {\begin{cases}\Psi :{\widehat {\mathbb {Z} }}\times \mathbb {Q} \to \mathbb {A} _{\mathbb {Q} ,\mathrm {fin} }\\\left((a_{p})_{p},q\right)\mapsto (a_{p}q)_{p}.\end{cases}}}

Esto está bien definido porque para un dadoq=metronorteQ{\displaystyle q={\tfrac {m}{n}}\in \mathbb {Q} }conmetro,norte{\displaystyle m,n}coprimos, solo hay un número finito de primos que dividennorte.{\displaystyle n.}DejarMETRO{\displaystyle M}ser otroZ{\displaystyle \mathbb {Z} }-módulo con unZ{\displaystyle \mathbb {Z} }- mapa bilinealΦ:Z^×QMETRO.{\displaystyle \Phi :{\widehat {\mathbb {Z} }}\times \mathbb {Q} \to M.} Debe ser el caso queΦ{\displaystyle \Phi }factores a través deΨ{\displaystyle \Psi }de forma única, es decir, existe una únicaZ{\displaystyle \mathbb {Z} }-mapa linealΦ~:AQ,FinorteMETRO{\displaystyle {\tilde {\Phi }}:\mathbb {A} _{\mathbb {Q} ,\mathrm {fin} }\to M}de tal manera queΦ=Φ~Ψ.{\displaystyle \Phi ={\tilde {\Phi }}\circ \Psi .}Φ~{\displaystyle {\tilde {\Phi }}}se puede definir de la siguiente manera: para un dado(pag)pag{\displaystyle (u_{p})_{p}}existennorte{\displaystyle u\in \mathbb {N} }y(vpag)pagZ^{\displaystyle (v_{p})_{p}\in {\widehat {\mathbb {Z} }}}de tal manera quepag=1vpag{\displaystyle u_{p}={\tfrac {1}{u}}\cdot v_{p}}a pesar depag.{\displaystyle p.}DefinirΦ~((pag)pag):=Φ((vpag)pag,1).{\displaystyle {\tilde {\Phi }}((u_{p})_{p}):=\Phi ((v_{p})_{p},{\tfrac {1}{u}}).}Se puede demostrarΦ~{\displaystyle {\tilde {\Phi }}}está bien definido,Z{\displaystyle \mathbb {Z} }-lineal, satisfaceΦ=Φ~Ψ{\displaystyle \Phi ={\tilde {\Phi }}\circ \Psi }y es único por estas propiedades.

Corolario. DefinirAZ:=Z^×R.{\displaystyle \mathbb {A} _{\mathbb {Z} }:={\widehat {\mathbb {Z} }}\times \mathbb {R} .}Esto da como resultado un isomorfismo algebraico.AQAZZQ.{\displaystyle \mathbb {A} _{\mathbb {Q} }\cong \mathbb {A} _{\mathbb {Z} }\otimes _{\mathbb {Z} }\mathbb {Q} .}

Prueba.

AZZQ=(Z^×R)ZQ(Z^ZQ)×(RZQ)(Z^ZQ)×R=AQ,Finorte×R=AQ.{\displaystyle \mathbb {A} _{\mathbb {Z} }\otimes _{\mathbb {Z} }\mathbb {Q} =\left({\widehat {\mathbb {Z} }}\times \mathbb {R} \right)\otimes _{\mathbb {Z} }\mathbb {Q} \cong \left({\widehat {\mathbb {Z} }}\otimes _{\mathbb {Z} }\mathbb {Q} \right)\times (\mathbb {R} \otimes _{\mathbb {Z} }\mathbb {Q} )\cong \left({\widehat {\mathbb {Z} }}\otimes _{\mathbb {Z} }\mathbb {Q} \right)\times \mathbb {R} =\mathbb {A} _{\mathbb {Q} ,\mathrm {fin} }\times \mathbb {R} =\mathbb {A} _{\mathbb {Q} }.}
Lema. Para un campo numéricoK{\displaystyle K},AK=AQQK.{\displaystyle \mathbb {A} _{K}=\mathbb {A} _{\mathbb {Q} }\otimes _{\mathbb {Q} }K.}

Nota. UsandoAQQKAQAQ,{\displaystyle \mathbb {A} _{\mathbb {Q} }\otimes _{\mathbb {Q} }K\cong \mathbb {A} _{\mathbb {Q} }\oplus \dots \oplus \mathbb {A} _{\mathbb {Q} },}donde hay[K:Q]{\displaystyle [K:\mathbb {Q} ]}sumandos, el lado derecho recibe la topología del producto y esta topología se transporta a través del isomorfismo enAQQK.{\displaystyle \mathbb {A} _{\mathbb {Q} }\otimes _{\mathbb {Q} }K.}

Extensiones finitas

SiL/K{\displaystyle L/K}es una extensión finita, entoncesL{\displaystyle L}es un campo global. Por lo tantoAL{\displaystyle \mathbb {A} _{L}}se define yAL=vLv.{\displaystyle \textstyle \mathbb {A} _{L}={\prod _{v}}'L_{v}.}El anilloAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}puede identificarse con un subanillo deAL.{\displaystyle \mathbb {A} _{L}.}Mapaa=(av)vAK{\displaystyle a=(a_{v})_{v}\in \mathbb {A} _{K}}aa=(aw)wAL{\displaystyle a'=(a'_{w})_{w}\in \mathbb {A} _{L}}, dóndeaw=avKvLw{\displaystyle a'_{w}=a_{v}\in K_{v}\subset L_{w}}paraw|v.{\displaystyle w|v.}Entoncesa=(aw)wAL{\displaystyle a=(a_{w})_{w}\in \mathbb {A} _{L}}está en el subanilloAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}siawKv{\displaystyle a_{w}\in K_{v}}paraw|v{\displaystyle w|v}yaw=aw{\displaystyle a_{w}=a_{w'}}a pesar dew,w{\displaystyle w,w'}acostado encima del mismo lugarv{\displaystyle v}deK.{\displaystyle K.}

Lema. SiL/K{\displaystyle L/K}es una extensión finita, entoncesALAKKL{\displaystyle \mathbb {A} _{L}\cong \mathbb {A} _{K}\otimes _{K}L}tanto algebraica como topológicamente.

Con la ayuda de este isomorfismo, la inclusiónAKAL{\displaystyle \mathbb {A} _{K}\subset \mathbb {A} _{L}}es dado por

{AKALααK1.{\displaystyle {\begin{cases}\mathbb {A} _{K}\to \mathbb {A} _{L}\\\alpha \mapsto \alpha \otimes _{K}1.\end{cases}}}

Además, los principales adeles enAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}puede identificarse con un subgrupo de adeles principales enAL{\displaystyle \mathbb {A} _{L}}a través de la incrustación naturalKL.{\displaystyle K\to L.}

Demostración. [ 16 ] Seaω1,,ωnorte{\displaystyle \omega _{1},\ldots ,\omega _{n}}ser una base deL{\displaystyle L}encimaK.{\displaystyle K.}Entonces, para casi todosv,{\displaystyle v,}

Ov~Ovω1Ovωnorte.{\displaystyle {\widetilde {O_{v}}}\cong O_{v}\omega _{1}\oplus \cdots \oplus O_{v}\omega _{n}.}

Además, existen los siguientes isomorfismos:

Kvω1KvωnorteKvKLLv=w|vLw.{\displaystyle K_{v}\omega _{1}\oplus \cdots \oplus K_{v}\omega _{n}\cong K_{v}\otimes _{K}L\cong L_{v}=\prod \nolimits _{w|v}L_{w}.}

Para el segundo uso, utilice el mapa.

{KvKLLvαva(αv(τw(a)))w{\displaystyle {\begin{cases}K_{v}\otimes _{K}L\to L_{v}\\\alpha _{v}\otimes a\mapsto (\alpha _{v}\cdot (\tau _{w}(a)))_{w}\end{cases}}}

en el cualτw:LLw{\displaystyle \tau _{w}:L\to L_{w}}es la incrustación canónica yw|v.{\displaystyle w|v.}El producto restringido se toma en ambos lados con respecto aOv~:{\displaystyle {\widetilde {O_{v}}}:}

AKKL=(vKv)KLv(Kvω1Kvωnorte)v(KvKL)vLv=AL.{\displaystyle {\begin{aligned}\mathbb {A} _{K}\otimes _{K}L&=\left({\prod _{v}}'K_{v}\right)\otimes _{K}L\\&\cong {\prod _{v}}'(K_{v}\omega _{1}\oplus \cdots \oplus K_{v}\omega _{n})\\&\cong {\prod _{v}}'(K_{v}\otimes _{K}L)\\&\cong {\prod _{v}}'L_{v}\\&=\mathbb {A} _{L}.\end{aligned}}}
Corolario. Como grupos aditivosALAKAK,{\displaystyle \mathbb {A} _{L}\cong \mathbb {A} _{K}\oplus \cdots \oplus \mathbb {A} _{K},}donde el lado derecho tiene[L:K]{\displaystyle [L:K]}sumandos.

El conjunto de adeles principales enAL{\displaystyle \mathbb {A} _{L}}se identifica con el conjuntoKK{\displaystyle K\oplus \cdots \oplus K}, donde el lado izquierdo tiene[L:K]{\displaystyle [L:K]}sumas yK{\displaystyle K}se considera como un subconjunto deAK.{\displaystyle \mathbb {A} _{K}.}

Adeles de espacios vectoriales y álgebras

Dejarmi{\displaystyle E}sea ​​un espacio vectorial de dimensión finita sobreK{\displaystyle K}y{ω1,,ωnorte}{\displaystyle \{\omega _{1},\ldots ,\omega _{n}\}}una base parami{\displaystyle E}encimaK.{\displaystyle K.}Para cada lugarv{\displaystyle v}deK{\displaystyle K}:

miv:=miKKvKvω1Kvωnorte,Ov~:=Ovω1Ovωnorte.{\displaystyle {\begin{aligned}E_{v}&:=E\otimes _{K}K_{v}\cong K_{v}\omega _{1}\oplus \cdots \oplus K_{v}\omega _{n},\\{\widetilde {O_{v}}}&:=O_{v}\omega _{1}\oplus \cdots \oplus O_{v}\omega _{n}.\end{aligned}}}

El anillo de Adele demi{\displaystyle E}se define como

Ami:=vmiv.{\displaystyle \mathbb {A} _{E}:={\prod _{v}}'E_{v}.}

Esta definición se basa en la descripción alternativa del anillo de Adele como un producto tensorial equipado con la misma topología que se definió al dar una definición alternativa del anillo de Adele para cuerpos numéricos. A continuación,Ami{\displaystyle \mathbb {A} _{E}}está equipado con la topología de producto restringida. EntoncesAmi=miKAK{\displaystyle \mathbb {A} _{E}=E\otimes _{K}\mathbb {A} _{K}}ymi{\displaystyle E}está incrustado enAmi{\displaystyle \mathbb {A} _{E}}naturalmente a través del mapamimi1.{\displaystyle e\mapsto e\otimes 1.}

Una definición alternativa de la topología enAmi{\displaystyle \mathbb {A} _{E}}Se pueden proporcionar. Considere todos los mapas linealesmiK.{\displaystyle E\to K.}Utilizando las incrustaciones naturalesmiAmi{\displaystyle E\to \mathbb {A} _{E}}yKAK,{\displaystyle K\to \mathbb {A} _{K},}extender estos mapas lineales aAmiAK.{\displaystyle \mathbb {A} _{E}\to \mathbb {A} _{K}.}La topología enAmi{\displaystyle \mathbb {A} _{E}}es la topología más gruesa para la cual todas estas extensiones son continuas.

La topología se puede definir de una manera diferente. Fijando una base parami{\displaystyle E}encimaK{\displaystyle K}da como resultado un isomorfismomiKnorte.{\displaystyle E\cong K^{n}.}Por lo tanto, fijar una base induce un isomorfismo.(AK)norteAmi.{\displaystyle (\mathbb {A} _{K})^{n}\cong \mathbb {A} _{E}.}El lado izquierdo se provee con la topología del producto y esta topología se transporta con el isomorfismo al lado derecho. La topología no depende de la elección de la base, porque otra base define un segundo isomorfismo. Al componer ambos isomorfismos, se obtiene un homeomorfismo lineal que transfiere las dos topologías una dentro de la otra. Más formalmente,

Ami=miKAK(KKAK)(KKAK)AKAK,{\displaystyle {\begin{aligned}\mathbb {A} _{E}&=E\otimes _{K}\mathbb {A} _{K}\\&\cong (K\otimes _{K}\mathbb {A} _{K})\oplus \cdots \oplus (K\otimes _{K}\mathbb {A} _{K})\\&\cong \mathbb {A} _{K}\oplus \cdots \oplus \mathbb {A} _{K},\end{aligned}}}

donde las sumas tienennorte{\displaystyle n}sumas. En caso demi=L,{\displaystyle E=L,}La definición anterior es consistente con los resultados sobre el anillo de Adele de una extensión finita.L/K.{\displaystyle L/K.}[ 17 ]

DejarA{\displaystyle A}sea ​​un álgebra de dimensión finita sobreK.{\displaystyle K.}En particular,A{\displaystyle A}es un espacio vectorial de dimensión finita sobreK.{\displaystyle K.}Como consecuencia,AA{\displaystyle \mathbb {A} _{A}}se define yAAAKKA.{\displaystyle \mathbb {A} _{A}\cong \mathbb {A} _{K}\otimes _{K}A.}Dado que hay multiplicación enAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}yA,{\displaystyle A,}una multiplicación enAA{\displaystyle \mathbb {A} _{A}}se puede definir mediante

α,βAK y a,bA:(αKa)(βKb):=(αβ)K(ab).{\displaystyle \forall \alpha ,\beta \in \mathbb {A} _{K}{\text{ and }}\forall a,b\in A:\qquad (\alpha \otimes _{K}a)\cdot (\beta \otimes _{K}b):=(\alpha \beta )\otimes _{K}(ab).}

Como consecuencia,AA{\displaystyle \mathbb {A} _{A}}es un álgebra con una unidad sobreAK.{\displaystyle \mathbb {A} _{K}.}DejarB{\displaystyle {\mathcal {B}}}ser un subconjunto finito deA{\displaystyle A}, que contiene una base paraA{\displaystyle A}encimaK.{\displaystyle K.}Para cualquier lugar finitov{\displaystyle v},METROv{\displaystyle M_{v}}se define como elOv{\displaystyle O_{v}}-módulo generado porB{\displaystyle {\mathcal {B}}}enAv.{\displaystyle A_{v}.}Para cada conjunto finito de lugaresPAGPAG,{\displaystyle P\supset P_{\infty },}definir

AA(PAG,α)=vPAGAv×vPAGMETROv.{\displaystyle \mathbb {A} _{A}(P,\alpha )=\prod _{v\in P}A_{v}\times \prod _{v\notin P}M_{v}.}

Se puede demostrar que existe un conjunto finitoPAG0{\displaystyle P_{0}}de modo queAA(PAG,α){\displaystyle \mathbb {A} _{A}(P,\alpha )}es un subanillo abierto deAA{\displaystyle \mathbb {A} _{A}}, siPAGPAG0.{\displaystyle P\supset P_{0}.}AdemásAA{\displaystyle \mathbb {A} _{A}}es la unión de todos estos subanillos y paraA=K{\displaystyle A=K}La definición anterior es coherente con la definición del anillo de Adele.

Rastro y norma

DejarL/K{\displaystyle L/K}ser una extensión finita. Dado queAK=AKKK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}=\mathbb {A} _{K}\otimes _{K}K}yAL=AKKL{\displaystyle \mathbb {A} _{L}=\mathbb {A} _{K}\otimes _{K}L}del lema anterior,AK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}puede interpretarse como un subanillo cerrado deAL.{\displaystyle \mathbb {A} _{L}.}Para esta incrustación, escribaestafaL/K{\displaystyle \operatorname {con} _{L/K}}Explícitamente, para todos los lugaresw{\displaystyle w}deL{\displaystyle L}arribav{\displaystyle v}y para cualquierαAK{\displaystyle \alpha \in \mathbb {A} _{K}},

(estafaL/K(α))w=αvKv.{\displaystyle (\operatorname {con} _{L/K}(\alpha ))_{w}=\alpha _{v}\in K_{v}.}

DejarMETRO/L/K{\displaystyle M/L/K}ser una torre de campos globales. Entonces

estafaMETRO/K(α)=estafaMETRO/L(estafaL/K(α))αAK.{\displaystyle \operatorname {con} _{M/K}(\alpha )=\operatorname {con} _{M/L}(\operatorname {con} _{L/K}(\alpha ))\qquad \forall \alpha \in \mathbb {A} _{K}.}

Además, restringido a los principales adelesestafa{\displaystyle \operatorname {con} }es la inyección naturalKL.{\displaystyle K\to L.}

Dejar{ω1,,ωnorte}{\displaystyle \{\omega _{1},\ldots ,\omega _{n}\}}ser una base de la extensión del campoL/K.{\displaystyle L/K.}Luego cada unoαAL{\displaystyle \alpha \in \mathbb {A} _{L}}se puede escribir comoj=1norteαjωj{\displaystyle \textstyle \sum _{j=1}^{n}\alpha _{j}\omega _{j}}, dóndeαjAK{\displaystyle \alpha _{j}\in \mathbb {A} _{K}}son únicos. El mapaααj{\displaystyle \alpha \mapsto \alpha _{j}}es continuo. Definirαij{\displaystyle \alpha _{ij}}, Dependiendo deα{\displaystyle \alpha }, a través de las ecuaciones

αω1=j=1norteα1jωj,αωnorte=j=1norteαnortejωj.{\displaystyle {\begin{aligned}\alpha \omega _{1}&=\sum _{j=1}^{n}\alpha _{1j}\omega _{j},\\&\vdots \\\alpha \omega _{n}&=\sum _{j=1}^{n}\alpha _{nj}\omega _{j}.\end{aligned}}}

Ahora defina la traza y la norma deα{\displaystyle \alpha }como

TranL/K(α):=Tran((αij)i,j)=i=1norteαii,norteL/K(α):=norte((αij)i,j)=det((αij)i,j).{\displaystyle {\begin{aligned}\operatorname {Tr} _{L/K}(\alpha )&:=\operatorname {Tr} ((\alpha _{ij})_{i,j})=\sum _{i=1}^{n}\alpha _{ii},\\N_{L/K}(\alpha )&:=N((\alpha _{ij})_{i,j})=\det((\alpha _{ij})_{i,j}).\end{aligned}}}

Estos son el rastro y el determinante del mapa lineal.

{ALALincógnitaαincógnita.{\displaystyle {\begin{cases}\mathbb {A} _{L}\to \mathbb {A} _{L}\\x\mapsto \alpha x.\end{cases}}}

Son mapas continuos en el anillo de Adele y cumplen las ecuaciones habituales:

TranL/K(α+β)=TranL/K(α)+TranL/K(β)α,βAL,TranL/K(estafa(α))=norteααAK,norteL/K(αβ)=norteL/K(α)norteL/K(β)α,βAL,norteL/K(estafa(α))=αnorteαAK.{\displaystyle {\begin{aligned}\operatorname {Tr} _{L/K}(\alpha +\beta )&=\operatorname {Tr} _{L/K}(\alpha )+\operatorname {Tr} _{L/K}(\beta )&&\forall \alpha ,\beta \in \mathbb {A} _{L},\\\operatorname {Tr} _{L/K}(\operatorname {con} (\alpha ))&=n\alpha &&\forall \alpha \in \mathbb {A} _{K},\\N_{L/K}(\alpha \beta )&=N_{L/K}(\alpha )N_{L/K}(\beta )&&\forall \alpha ,\beta \in \mathbb {A} _{L},\\N_{L/K}(\operatorname {con} (\alpha ))&=\alpha ^{n}&&\forall \alpha \in \mathbb {A} _{K}.\end{aligned}}}

Además, paraαL{\displaystyle \alpha \in L},TranL/K(α){\displaystyle \operatorname {Tr} _{L/K}(\alpha )}ynorteL/K(α){\displaystyle N_{L/K}(\alpha )}son idénticos a la traza y la norma de la extensión del campoL/K.{\displaystyle L/K.}Para una torre de camposMETRO/L/K{\displaystyle M/L/K}, el resultado es

TranL/K(TranMETRO/L(α))=TranMETRO/K(α)αAMETRO,norteL/K(norteMETRO/L(α))=norteMETRO/K(α)αAMETRO.{\displaystyle {\begin{aligned}\operatorname {Tr} _{L/K}(\operatorname {Tr} _{M/L}(\alpha ))&=\operatorname {Tr} _{M/K}(\alpha )&&\forall \alpha \in \mathbb {A} _{M},\\N_{L/K}(N_{M/L}(\alpha ))&=N_{M/K}(\alpha )&&\forall \alpha \in \mathbb {A} _{M}.\end{aligned}}}

Además, se puede demostrar que: [ 18 ]

TranL/K(α)=(w|vTranLw/Kv(αw))vαAL,norteL/K(α)=(w|vnorteLw/Kv(αw))vαAL.{\displaystyle {\begin{aligned}\operatorname {Tr} _{L/K}(\alpha )&=\left(\sum _{w|v}\operatorname {Tr} _{L_{w}/K_{v}}(\alpha _{w})\right)_{v}&&\forall \alpha \in \mathbb {A} _{L},\\N_{L/K}(\alpha )&=\left(\prod _{w|v}N_{L_{w}/K_{v}}(\alpha _{w})\right)_{v}&&\forall \alpha \in \mathbb {A} _{L}.\end{aligned}}}

Discreción y compacidad de la imagen diagonal

Teorema. [ 19 ]K{\displaystyle K}es discreto y cocompacto enAK.{\displaystyle \mathbb {A} _{K}.}En particular,K{\displaystyle K}está cerrado enAK.{\displaystyle \mathbb {A} _{K}.}

Prueba. Demuestra el caso .K=Q.{\displaystyle K=\mathbb {Q} .}Para mostrarQAQ{\displaystyle \mathbb {Q} \subset \mathbb {A} _{\mathbb {Q} }}es discreto es suficiente para demostrar la existencia de un vecindario de0{\displaystyle 0}que no contiene ningún otro número racional . El caso general se deduce mediante traslación. Definir

U:={(αpag)pag:pag<, |αpag|pag1y|α|<1}=Z^×(1,1).{\displaystyle U:=\left\{(\alpha _{p})_{p}:\forall p<\infty ,\ |\alpha _{p}|_{p}\leq 1\quad {\text{and}}\quad |\alpha _{\infty }|_{\infty }<1\right\}={\widehat {\mathbb {Z} }}\times (-1,1).}

U{\displaystyle U}es un barrio abierto de0AQ.{\displaystyle 0\in \mathbb {A} _{\mathbb {Q} }.}Se afirma queUQ={0}.{\displaystyle U\cap \mathbb {Q} =\{0\}.}DejarβUQ.{\displaystyle \beta \in U\cap \mathbb {Q} .}EntoncesβQ{\displaystyle \beta \in \mathbb {Q} }y|β|pag1{\displaystyle |\beta |_{p}\leq 1}a pesar depag{\displaystyle p}y por lo tantoβZ.{\displaystyle \beta \in \mathbb {Z} .}Además,β(1,1){\displaystyle \beta \in (-1,1)}y por lo tantoβ=0.{\displaystyle \beta =0.}

A continuación, para demostrar la compacidad, defina

W:={(αpag)pag:pag<, |αpag|pag1y|α|12}=Z^×[12,12].{\displaystyle W:=\left\{(\alpha _{p})_{p}:\forall p<\infty ,\ |\alpha _{p}|_{p}\leq 1\quad {\text{and}}\quad |\alpha _{\infty }|_{\infty }\leq {\frac {1}{2}}\right\}={\widehat {\mathbb {Z} }}\times \left[-{\frac {1}{2}},{\frac {1}{2}}\right].}

Cada elemento enAQ/Q{\displaystyle \mathbb {A} _{\mathbb {Q} }/\mathbb {Q} }tiene un representante enW{\displaystyle W}, es decir, para cadaαAQ{\displaystyle \alpha \in \mathbb {A} _{\mathbb {Q} }}, existeβQ{\displaystyle \beta \in \mathbb {Q} }de tal manera queαβW.{\displaystyle \alpha -\beta \in W.}Dejarα=(αpag)pagAQ{\displaystyle \alpha =(\alpha _{p})_{p}\in \mathbb {A} _{\mathbb {Q} }}ser arbitrario ypag{\displaystyle p}ser un primo para el cual|αpag|>1.{\displaystyle |\alpha _{p}|>1.}Entonces existerpag=zpag/pagincógnitapag{\displaystyle r_{p}=z_{p}/p^{x_{p}}}, conzpagZ{\displaystyle z_{p}\in \mathbb {Z} }yincógnitapagnorte{\displaystyle x_{p}\in \mathbb {N} }, de tal manera que|αpagrpag|1.{\displaystyle |\alpha _{p}-r_{p}|\leq 1.}Reemplazarα{\displaystyle \alpha }conαrpag{\displaystyle \alpha -r_{p}}y dejarqpag{\displaystyle q\neq p}ser otro primo. Entonces

|αqrpag|qmáximo{|αq|q,|rpag|q}máximo{|αq|q,1}1.{\displaystyle \left|\alpha _{q}-r_{p}\right|_{q}\leq \max \left\{|\alpha _{q}|_{q},|r_{p}|_{q}\right\}\leq \max \left\{|\alpha _{q}|_{q},1\right\}\leq 1.}

A continuación, se puede afirmar que

|αqrpag|q1|αq|q1.{\displaystyle |\alpha _{q}-r_{p}|_{q}\leq 1\Longleftrightarrow |\alpha _{q}|_{q}\leq 1.}

La implicación inversa es trivialmente cierta. La implicación es cierta porque los dos términos de la desigualdad triangular fuerte son iguales si los valores absolutos de ambos enteros son diferentes. Como consecuencia, el conjunto finito de primos para los cuales los componentes deα{\displaystyle \alpha }no están enZpag{\displaystyle \mathbb {Z} _{p}}se reduce en uno. Con iteración, se puede deducir que existerQ{\displaystyle r\in \mathbb {Q} }de tal manera queαrZ^×R.{\displaystyle \alpha -r\in {\widehat {\mathbb {Z} }}\times \mathbb {R} .}Ahora seleccionesZ{\displaystyle s\in \mathbb {Z} }de tal manera queαrs[12,12].{\displaystyle \alpha _{\infty }-r-s\in [-{\tfrac {1}{2}},{\tfrac {1}{2}}].}Entoncesα(r+s)W.{\displaystyle \alpha -(r+s)\in W.}La proyección continuaπ:WAQ/Q{\displaystyle \pi :W\to \mathbb {A} _{\mathbb {Q} }/\mathbb {Q} }es sobreyectiva, por lo tantoAQ/Q{\displaystyle \mathbb {A} _{\mathbb {Q} }/\mathbb {Q} }, como imagen continua de un conjunto compacto, es compacto.

Corolario. Dejemosmi{\displaystyle E}sea ​​un espacio vectorial de dimensión finita sobreK.{\displaystyle K.}Entoncesmi{\displaystyle E}es discreto y cocompacto enAmi.{\displaystyle \mathbb {A} _{E}.}

Teoremas de aproximación

Teorema de aproximación débil. [ 20 ] Sea||1,,||norte{\displaystyle |\cdot |_{1},\ldots ,|\cdot |_{N}}ser valoraciones no equivalentes deK.{\displaystyle K.}DejarKnorte{\displaystyle K_{n}}ser la finalización deK{\displaystyle K}con respecto a||norte.{\displaystyle |\cdot |_{n}.}EmpotrarK{\displaystyle K}diagonalmente enK1××Knorte.{\displaystyle K_{1}\times \cdots \times K_{N}.}EntoncesK{\displaystyle K}está denso en todas partesK1××Knorte.{\displaystyle K_{1}\times \cdots \times K_{N}.}En otras palabras, para cadaε>0{\displaystyle \varepsilon >0}y para cada(α1,,αnorte)K1××Knorte{\displaystyle (\alpha _{1},\ldots ,\alpha _{N})\in K_{1}\times \cdots \times K_{N}}, existeξK{\displaystyle \xi \in K}de tal manera que
norte{1,,norte}:|αnorteξ|norte<ε.{\displaystyle \forall n\in \{1,\ldots ,N\}:\quad |\alpha _{n}-\xi |_{n}<\varepsilon .}
Teorema de aproximación fuerte. [ 21 ] Seav0{\displaystyle v_{0}}ser un lugar deK.{\displaystyle K.}Definir
V:=vv0Kv.{\displaystyle V:={\prod _{v\neq v_{0}}}'K_{v}.}
EntoncesK{\displaystyle K}es denso enV.{\displaystyle V.}

Observación. El campo global es discreto en su anillo de Adele. El teorema de aproximación fuerte nos dice que, si se omite uno o más lugares, la propiedad de discreción deK{\displaystyle K}se convierte en una densidad deK.{\displaystyle K.}

Consecuencias aritméticas

Teorema (finitud del número de clases de un cuerpo numérico). SeaK{\displaystyle K}sea ​​un campo numérico. Entonces|ClK|<.{\displaystyle |\operatorname {Cl} _{K}|<\infty .}

Prueba. El mapa

{IK1JK((αv)v<,(αv)v|)v<pagvv(αv){\displaystyle {\begin{cases}I_{K}^{1}\to J_{K}\\\left((\alpha _{v})_{v<\infty },(\alpha _{v})_{v|\infty }\right)\mapsto \prod _{v<\infty }{\mathfrak {p}}_{v}^{v(\alpha _{v})}\end{cases}}}

es sobreyectiva y por lo tantoClK{\displaystyle \operatorname {Cl} _{K}}es la imagen continua del conjunto compactoIK1/K×.{\displaystyle I_{K}^{1}/K^{\times }.}De este modoClK{\displaystyle \operatorname {Cl} _{K}}Es compacto. Además, es discreto y, por lo tanto, finito.

Nota. Existe un resultado similar para el caso de un cuerpo de funciones global. En este caso, se define el llamado grupo divisor. Se puede demostrar que el cociente del conjunto de todos los divisores de grado0{\displaystyle 0}El conjunto de divisores principales es un grupo finito. [ 22 ]

DejarPAGPAG{\displaystyle P\supset P_{\infty }}ser un conjunto finito de lugares. Definir

Ω(PAG):=vPAGKv××vPAGOv×=(AK(PAG))×,mi(PAG):=K×Ω(PAG).{\displaystyle {\begin{aligned}\Omega (P)&:=\prod _{v\in P}K_{v}^{\times }\times \prod _{v\notin P}O_{v}^{\times }=(\mathbb {A} _{K}(P))^{\times },\\E(P)&:=K^{\times }\cap \Omega (P).\end{aligned}}}

Entoncesmi(PAG){\displaystyle E(P)}es un subgrupo deK×{\displaystyle K^{\times }}, que contiene todos los elementosξK×{\displaystyle \xi \in K^{\times }}satisfactoriov(ξ)=0{\displaystyle v(\xi )=0}a pesar devPAG.{\displaystyle v\notin P.}DesdeK×{\displaystyle K^{\times }}es discreto enIK{\displaystyle I_{K}},mi(PAG){\displaystyle E(P)}es un subgrupo discreto deΩ(PAG){\displaystyle \Omega (P)}y, con el mismo argumento,mi(PAG){\displaystyle E(P)}es discreto enΩ1(PAG):=Ω(PAG)IK1.{\displaystyle \Omega _{1}(P):=\Omega (P)\cap I_{K}^{1}.}

Una definición alternativa esmi(PAG)=K(PAG)×{\displaystyle E(P)=K(P)^{\times }}, dóndeK(PAG){\displaystyle K(P)}es un subanillo deK{\displaystyle K}definido por

K(PAG):=K(vPAGKv×vPAGOv).{\displaystyle K(P):=K\cap \left(\prod _{v\in P}K_{v}\times \prod _{v\notin P}O_{v}\right).}

Como consecuencia,K(PAG){\displaystyle K(P)}contiene todos los elementosξK{\displaystyle \xi \in K}que cumplenv(ξ)0{\displaystyle v(\xi )\geq 0}a pesar devPAG.{\displaystyle v\notin P.}

Lema. Dejemos0<dodo<.{\displaystyle 0<c\leq C<\infty .}El siguiente conjunto es finito:
{ηmi(PAG):{|ηv|v=1vPAG,do|ηv|vdovPAG.}}.{\displaystyle \left\{\eta \in E(P):\left.{\begin{cases}|\eta _{v}|_{v}=1&\forall v\notin P,\\c\leq |\eta _{v}|_{v}\leq C&\forall v\in P.\end{cases}}\right\}\right\}.}

Prueba. Definir

W:={(αv)v:{|αv|v=1vPAG,do|αv|vdovPAG.}}.{\displaystyle W:=\left\{(\alpha _{v})_{v}:\left.{\begin{cases}|\alpha _{v}|_{v}=1&\forall v\notin P,\\c\leq |\alpha _{v}|_{v}\leq C&\forall v\in P.\end{cases}}\right\}\right\}.}

W{\displaystyle W}es compacto y el conjunto descrito anteriormente es la intersección deW{\displaystyle W}con el subgrupo discretoK×{\displaystyle K^{\times }}enIK{\displaystyle I_{K}}y por lo tanto finito.

Lema. Dejemosmi{\displaystyle E}estar conjunto de todosξK{\displaystyle \xi \in K}de tal manera que|ξ|v=1{\displaystyle |\xi |_{v}=1}a pesar dev.{\displaystyle v.}Entoncesmi=μ(K){\displaystyle E=\mu (K)}, el grupo de todas las raíces de unidad deK.{\displaystyle K.}En particular, es finito y cíclico.

Prueba. Todas las raíces de la unidad deK{\displaystyle K}tener valor absoluto1{\displaystyle 1}, entoncesμ(K)mi.{\displaystyle \mu (K)\subset E.}Para lo contrario, observe que el lema anterior condo=do=1{\displaystyle c=C=1}y cualquierPAG{\displaystyle P}implicami{\displaystyle E}es finito. Ademásmimi(PAG){\displaystyle E\subset E(P)}para cada conjunto finito de lugaresPAGPAG.{\displaystyle P\supset P_{\infty }.}Finalmente, supongamos que existeξmi{\displaystyle \xi \in E}que no es una raíz de unidad deK.{\displaystyle K.}Entoncesξnorte1{\displaystyle \xi ^{n}\neq 1}a pesar denortenorte{\displaystyle n\in \mathbb {N} }, contradiciendo la finitud demi.{\displaystyle E.}

Teorema de la unidad.mi(PAG){\displaystyle E(P)}es el producto directo demi{\displaystyle E}y un grupo isomorfo aZs{\displaystyle \mathbb {Z} ^{s}}, dóndes=0{\displaystyle s=0}siPAG={\displaystyle P=\emptyset }ys=|PAG|1{\displaystyle s=|P|-1}siPAG.{\displaystyle P\neq \emptyset .}[ 23 ]
Teorema de la unidad de Dirichlet. SeaK{\displaystyle K}sea ​​un campo numérico. Entonces
O×μ(K)×Zr+s1,{\displaystyle O^{\times }\cong \mu (K)\times \mathbb {Z} ^{r+s-1},}

dóndeμ(K){\displaystyle \mu (K)}es el grupo cíclico finito de todas las raíces de la unidad deK{\displaystyle K},r{\displaystyle r}es el número de incrustaciones reales deK{\displaystyle K}, ys{\displaystyle s}es el número de pares conjugados de incrustaciones complejas deK.{\displaystyle K.}Se mantiene que[K:Q]=r+2s.{\displaystyle [K:\mathbb {Q} ]=r+2s.}

Nota. El Teorema de la Unidad generaliza el Teorema de la Unidad de Dirichlet. Para ver esto, veamos:K{\displaystyle K}ser un campo numérico. Ya se sabe quemi=μ(K){\displaystyle E=\mu (K)}, colocarPAG=PAG{\displaystyle P=P_{\infty }}y nota|PAG|=r+s.{\displaystyle |P_{\infty }|=r+s.}Luego está

mi×Zr+s1=mi(PAG)=K×(v|Kv××v<Ov×)K×(v<Ov×)O×.{\displaystyle {\begin{aligned}E\times \mathbb {Z} ^{r+s-1}=E(P_{\infty })&=K^{\times }\cap \left(\prod _{v|\infty }K_{v}^{\times }\times \prod _{v<\infty }O_{v}^{\times }\right)\\&\cong K^{\times }\cap \left(\prod _{v<\infty }O_{v}^{\times }\right)\\&\cong O^{\times }.\end{aligned}}}

Dualidad para espacios vectoriales adélicos

La autodualidad del anillo adele se extiende a los espacios vectoriales adélicos.

Teorema (duales algebraicos y continuos del anillo de Adele). [ 24 ] Seaχ{\displaystyle \chi }ser un personaje no trivial deAK{\displaystyle \mathbb {A} _{K}}, lo cual es trivial enK.{\displaystyle K.}Dejarmi{\displaystyle E}sea ​​un espacio vectorial de dimensión finita sobreK.{\displaystyle K.}Dejarmi{\displaystyle E^{\star }}yAmi{\displaystyle \mathbb {A} _{E}^{\star }}sean los duales algebraicos demi{\displaystyle E}yAmi.{\displaystyle \mathbb {A} _{E}.}Denotemos el dual topológico deAmi{\displaystyle \mathbb {A} _{E}}porAmi{\displaystyle \mathbb {A} _{E}'}y usar,{\displaystyle \langle \cdot ,\cdot \rangle }y[,]{\displaystyle [\cdot ,\cdot ]}para indicar los emparejamientos bilineales naturales enAmi×Ami{\displaystyle \mathbb {A} _{E}\times \mathbb {A} _{E}'}yAmi×Ami.{\displaystyle \mathbb {A} _{E}\times \mathbb {A} _{E}^{\star }.}Entonces la fórmula
mi,mi=χ([mi,mi]){\displaystyle \langle e,e'\rangle =\chi ([e,e^{\star }])}

a pesar demiAmi{\displaystyle e\in \mathbb {A} _{E}}determina un isomorfismomimi{\displaystyle e^{\star }\mapsto e'}deAmi{\displaystyle \mathbb {A} _{E}^{\star }}sobreAmi{\displaystyle \mathbb {A} _{E}'}, dóndemiAmi{\displaystyle e'\in \mathbb {A} _{E}'}ymiAmi.{\displaystyle e^{\star }\in \mathbb {A} _{E}^{\star }.}Además, simiAmi{\displaystyle e^{\star }\in \mathbb {A} _{E}^{\star }}cumpleχ([mi,mi])=1{\displaystyle \chi ([e,e^{\star }])=1}a pesar demimi{\displaystyle e\in E}, entoncesmimi.{\displaystyle e^{\star }\in E^{\star }.}

Referencias

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Weil 1995 , cap. IV.
  2. 1 2 3 4 5 Neukirch 1999 , Cap. VI, §1.
  3. ^ Cassels y Fröhlich 1967 , cap . ​II.
  4. ^ Ramakrishnan y Valenza 1999 , cap . 5.
  5. 1 2 3 4 5 Tate 1967 .
  6. ^ Ramakrishnan y Valenza 1999 .
  7. Deitmar 2010 , pág. 126.
  8. Deitmar 2010 , págs. 128–139.
  9. Deitmar 2010 , pág. 128.
  10. Neukirch 1999 , Cap. VI.
  11. Weil 1995 , Cap. VII.
  12. Cassels y Fröhlich 1967 .
  13. 1 2 Bump 1997 .
  14. Deitmar 2010 , Caps. 7–8.
  15. Tate 1968 .
  16. Esta demostración se puede encontrar en Cassels & Fröhlich 1967 , pág. 64 . 
  17. Las definiciones se basan en Weil 1967 , pág. 60 . 
  18. Véase Weil 1967 , pág. 64 o Cassels y Fröhlich 1967 , p. 74 .  
  19. Véase Cassels y Fröhlich 1967 , p. 64 , Teorema o Weil 1967 , p. 64 , Teorema 2.  
  20. Una demostración se puede encontrar en Cassels & Fröhlich 1967 , pág. 48 . 
  21. Una demostración se puede encontrar en Cassels & Fröhlich 1967 , pág. 67 . 
  22. Para obtener más información, consulte Cassels & Fröhlich 1967 , pág. 71 . 
  23. Una demostración se puede encontrar en Weil 1967 , pág. 78 o en Cassels & Fröhlich 1967 , pág. 72 .  
  24. Una demostración se puede encontrar en Weil 1967 , pág. 66 . 

Fuentes

  • Bump, Daniel (1997), Formas y representaciones automórficas , Cambridge Studies in Advanced Mathematics, vol.  55, Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-65818-8
  • Cassels, John ; Fröhlich, Albrecht (1967). Teoría algebraica de números: actas de una conferencia didáctica organizada por la London Mathematical Society (un instituto de estudios avanzados de la OTAN) . Vol.  XVIII. Londres: Academic Press. ISBN 978-0-12-163251-9.366 páginas.
  • Deitmar, Antón (2010). Automorphe Formen (en alemán). vol.  VIII. Berlina; Heidelberg (ua): Springer. ISBN 978-3-642-12389-4.250 páginas.
  • Neukirch, Jürgen (1999), Teoría algebraica de números , Grundlehren der mathematischen Wissenschaften, vol.  322, traducido por Schappacher, Norbert, Springer, ISBN 978-3-540-65399-8
  • Ramakrishnan, Dinakar; Valenza, Robert J. (1999), Análisis de Fourier en cuerpos numéricos , Textos de posgrado en matemáticas, vol.  186, Springer, ISBN 978-0-387-98436-0
  • Tate, John (1967), "Análisis de Fourier en cuerpos numéricos y funciones zeta de Hecke", en Cassels, JWS; Fröhlich, Albrecht (eds.), Teoría algebraica de números , Londres: Academic Press, pp. 305–347 . 
  • Tate, John (1968), "Residuos de diferenciales en curvas", Annales scientifiques de l'École Normale Supérieure , 4, 1 (1): 149– 159, doi : 10.24033/asens.1162 , Zbl 0159.22702 
  • Weil, André (1967). Teoría básica de números . Vol.  XVIII. Berlín; Heidelberg; Nueva York: Springer. ISBN 978-3-662-00048-9.294 páginas.
  • Weil, André (1995), Teoría básica de números , Clásicos en matemáticas, Springer, ISBN 978-3-540-58655-5
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