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/ NetNews Usenet Archive 1992 #27 / NN_1992_27.iso / spool / sci / math / 15397 < prev    next >
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Internet Message Format  |  1992-11-23  |  2.9 KB

  1. Path: sparky!uunet!mcsun!uknet!pavo.csi.cam.ac.uk!emu.pmms.cam.ac.uk!rgep
  2. From: rgep@emu.pmms.cam.ac.uk (Richard Pinch)
  3. Newsgroups: sci.math
  4. Subject: Re: Help with Algebraic Number Theory
  5. Keywords: hilbert algebraic number
  6. Message-ID: <1992Nov23.115400.12284@infodev.cam.ac.uk>
  7. Date: 23 Nov 92 11:54:00 GMT
  8. References: <1epji1INN66u@manuel.anu.edu.au>
  9. Sender: news@infodev.cam.ac.uk (USENET news)
  10. Organization: Department of Pure Mathematics, University of Cambridge
  11. Lines: 55
  12. Nntp-Posting-Host: emu.pmms.cam.ac.uk
  13.  
  14. In article <1epji1INN66u@manuel.anu.edu.au> molrchon@mehta.anu.edu.au writes:
  15. >
  16. >My thesis topic is "Hilbert's 10th Problem and a Generalization to
  17. >Algebraic Integers".  In the course of the year, one of the papers I read
  18. >was:
  19. >
  20. >    Denef & Lipshitz, "Diophantine Sets Over Some Rings of Algebraic Integers",
  21. >    J. London Math. Soc., v18, 1978, pp385-391.
  22. >
  23. >and I am covering the contents of that paper in my thesis.  One of the theorems
  24. >proved in that paper is the following:
  25. >
  26. >Notation:  For a number field L (ie. a field of algebraic numbers, of finite
  27. >  degree over the rationals) the ring of algebraic integers in L will be
  28. >  denoted O(L).  The multiplicative group of units in O(L) will be denoted U_L.
  29. >  The torsion free rank of a group G will be denoted rk G.
  30. >
  31. >THEOREM:
  32. >  Let L be any number field and d \in O(L) such that sqrt(d) \not\in L.
  33. >  Write L' = L(sqrt(d)).  Define
  34. >
  35. >       V_L = {x + y.sqrt(d) : x,y \in O(L) and x^2 - dy^2 = 1}
  36. >
  37. >  Then V_L is a subgroup of U_{L'} and
  38. >
  39. >       rk V_L = rk U_{L'} - rk U_L
  40. >ENDTHEOREM
  41. >
  42. >The proof suggested by Denef & Lipshitz starts as follows:
  43. >
  44. >  Let N:U_{L'} -> U_L be the restriction of the norm from L' to L.  In this case
  45. >  we have N(u + v.sqrt(d)) = u^2 - dv^2, so that V_L is a subgroup of
  46. >  kernel(N).  The claim is that V_L in fact has finite index in kernel(N).
  47. >  Denef & Lipshitz do not explicitly prove this, but say it follows easily from
  48. >  the following lemma:
  49. >
  50. >    Suppose K is a number field, e \in U_K and 0 != t \in O(K).  Then there is
  51. >    m > 0 such that t | e^m - e^{-m}.
  52. >
  53. >  My supervisor and I have been unable to see quite how this implies what we need.
  54. >
  55. We need to show that if  u \in U_{L'} is annihiliated by the
  56. norm map N then some power of u, say u^m, is in V_L.  Now u = x + y sqrt(d)
  57. with x, y \in L, and N(u) = x^2 - dy^2 = 1, so the only question
  58. is about the integrality of x and y.  By the lemma cited, there is an m
  59. such that u^m + u^{-m} is divisible by 2sqrt(d).
  60. Let u^m = X + Y sqrt(d).  Now u^m and u^{-m} are algebraic integers, 
  61. so u^m+u^{-m} = 2X is: but 2X is divisible by 2sqrt(d) and so in particular
  62. X is integral, and even divisible by sqrt(d).  Now Y sqrt(d) = u^m - x is
  63. a difference of integers, each divisible by sqrt(d) and hence an integer
  64. divisible by sqrt(d).  So X and Y are integers and so in O_L.
  65. The finiteness of the index follows from applying this argument to a
  66. set of generators u_i for U_L' and then taking the lcm of the resulting m_i.
  67.  
  68. Richard Pinch
  69.