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代数学I特論要約 No.11

今日のテーマ

\fbox{ゼータ関数の例}、前回レポートの解答

命題 11.1   $ p$ は奇素数であるとし、 % latex2html id marker 783
$ q=p^s$ ( $ s$ は正の整数)であるとする。 % latex2html id marker 787
$ {\mathbb{F}}_q$ 上の二変数の方程式系 $ V=V(X^2+Y^2-1)$ に対して、 % latex2html id marker 791
$ Z(V/{\mathbb{F}}_q,t)$ は % latex2html id marker 793
$ {\mathbb{F}}_q$ のなかで $ -1$ の平方根があるか否かによって 二通りの答えがある。

\begin{displaymath}
% latex2html id marker 797Z(V/{\mathbb{F}}_q,t)=
\begin{ca...
...弔箸\\
\frac{1+t}{1-q t} & \text{、ス、ヲ、ヌ、ハ、、、ネ、ュ}
\end{cases}\end{displaymath}

No.9 、ホ・�Д鵝�シ・ネフ萃熙ホタオナ�乾�、ャ、隍ッ、ハ、ォ、テ、ソ、ホ、ヌ。「イ鮴發鬚弔韻襦

例題 11.1   $ p=11$ のとき、 $ {\mathbb{F}}_p$ 上の多項式 $ X^6-a$ $ (a\in {\mathbb{F}}_p)$ は既約になり得ないことを 示しなさい。

[解答]

11個しか可能性がないから、個別に見てももちろんよい。が、もっと簡明なのは、 写像

$\displaystyle {\mathbb{F}}_{11} \ni c \to c^3 \in {\mathbb{F}}_{11}
$

が全射であることを用いることである。つまり、$ a=c^3$ となる $ c$ が存在する。 $ X^6-c^3$ $ (c\in {\mathbb{F}}_{11})$は、 もちろん既約ではない。

例題 11.2   $ p=17$ のとき、 $ {\mathbb{F}}_p$ 上の $ 6$ 次既約多項式の例を見つけ、 それが既約であることを示しなさい。

素朴にやるには膨大な計算が必要である。 以下に mupad で計算するための program を書いておこう。
 Fp:=Dom::IntegerMod(17);          // Fp=Z/17 Z
 f:=poly(x^6-x-4,[x],Fp);          // 変数と係数を明示
 g:=poly(x^(17^2)-x,[x],Fp);
 h:=poly(x^(17^3)-x,[x],Fp);
 gcd (f,g);                        // f と g の GCD を求める。
 gcd(f,h);                         // f と h の GCD を求める。

膨大な計算をせずにすます方法はないか? 実はある。 $ {\mathbb{F}}_{17}$ 上の 既約な2次式 $ a$ と3次式 $ b$ をとろう。 (これは諸君にも容易であろう。) ここでは、例えば $ a(X)=X^2-3$, $ b(X)=X^3-X-2$ とする。 $ a$ の根 $ \alpha$ と $ b$ の根 $ \beta$ の和 $ \gamma$ を考える。 $ \gamma$ の満たすべき $ 6$ 次式は比較的容易に書き下せる。それが既約である ことを言えばよい。すなわち、 $ {\mathbb{F}}_{17}(\gamma)$ が $ {\mathbb{F}}_{17}$ の $ 6$ 次 拡大であることを言えばよい。フロベニウス写像 $ F$ の言葉で言えば、 これは $ F^i(\gamma)$ $ (i=0,1,2,3,4,5)$ が全て異なることを示すと言っても 同じである。あとは $ F(\alpha)=-\alpha$ と、 $ F^3(\beta)=\beta$ とに注意す ればよい。

問題 11.1   二変数の方程式系 $ V(X^2-Y^2-1)$ の 合同ゼータ関数 $ Z(V,t)$ を求めよ。



平成17年1月4日