Liczby całkowite Eisensteina
Liczby całkowite Eisensteina (nazywane także liczbami Eisensteina-Jacobiego ) – liczby postaci
a
+
b
ω ω -->
,
{\displaystyle a+b\omega ,}
gdzie
a
{\displaystyle a}
i
b
{\displaystyle b}
są liczbami całkowitymi ,
ω ω -->
=
− − -->
1
+
i
3
2
=
e
2
3
π π -->
i
,
{\displaystyle \omega ={\frac {-1+i{\sqrt {3}}}{2}}=e^{{\frac {2}{3}}\pi i},}
oraz
i
{\displaystyle i}
jest jednostką urojoną .
ω ω -->
{\displaystyle \omega }
jest pierwiastkiem zespolonym równania
z
2
+
z
+
1
=
0
{\displaystyle z^{2}+z+1=0}
[1] [2] . Zarówno suma , różnica , jak i iloczyn liczb Eisensteina również są liczbami Eisensteina, tworzą więc one pierścień . Pierścień ten jest euklidesowy z normą
N
{\displaystyle N}
daną wzorem
N
(
a
+
b
ω ω -->
)
=
|
a
+
b
ω ω -->
|
2
=
a
2
− − -->
a
b
+
b
2
{\displaystyle N(a+b\omega )=|a+b\omega |^{2}=a^{2}-ab+b^{2}}
[3] .
W szczególności, pierścień liczb całkowitych Eisensteina jest pierścieniem z jednoznacznością rozkładu .
Na płaszczyźnie zespolonej liczby całkowite Eisensteina są węzłami regularnej sieci trójkątnej (złożonej z trójkątów równobocznych , jak na rysunkach poniżej).
Zbiór liczb pierwszych Eisensteina jest (z dokładnością do mnożenia przez niżej wspomniane elementy odwracalne) sumą dwóch zbiorów:
zbioru liczb
a
+
b
ω ω -->
,
{\displaystyle a+b\omega ,}
takich że
a
{\displaystyle a}
jest liczbą pierwszą, taką że
a
≡ ≡ -->
2
(
mod
3
)
{\displaystyle a\equiv 2{\pmod {3}}}
oraz
b
=
0
,
{\displaystyle b=0,}
zbioru liczb
a
+
b
ω ω -->
,
{\displaystyle a+b\omega ,}
takich że
N
(
a
+
b
ω ω -->
)
{\displaystyle N(a+b\omega )}
jest taką liczbą pierwszą
p
,
{\displaystyle p,}
że
p
≡ ≡ -->
1
(
mod
3
)
.
{\displaystyle p\equiv 1{\pmod {3}}.}
Liczby pierwsze Eisensteina mogą być liczbami całkowitymi, ale wiele z nich ma niezerową część urojoną. Na rysunku liczby pierwsze Eisensteina zostały wyróżnione kolorem zielonym, a elementy odwracalne kolorem czerwonym.
Grupa elementów odwracalnych pierścienia liczb całkowitych Eisensteina jest sześcioelementowa i składa się z liczb:
+
1
,
− − -->
1
,
+
ω ω -->
,
− − -->
ω ω -->
,
+
ω ω -->
2
=
− − -->
1
− − -->
ω ω -->
,
− − -->
ω ω -->
2
=
1
+
ω ω -->
{\displaystyle +1,\,-1,\,+\omega ,\,-\omega ,\,+\omega ^{2}=-1-\omega ,\,-\omega ^{2}=1+\omega }
[1] [4] .
Na płaszczyźnie zespolonej można ją zinterpretować jako grupę obrotów dokoła początku układu współrzędnych generowaną przez obrót o 60° (na przykład w kierunku przeciwnym do obrotu wskazówek zegara). Wynika stąd, że liczb pierwszych Eisensteina wystarczy szukać wewnątrz jakiegokolwiek kąta o mierze 60° o wierzchołku w punkcie 0 (np. kąta, którego pierwsze ramię pokrywa się z dodatnią półosią osi odciętych, a drugie ramię przechodzi przez punkt
1
+
ω ω -->
{\displaystyle 1\,+\,\omega }
).
Przykłady
Małe liczby pierwsze Eisensteina. Te, które leżą na zielonych osiach, odpowiadają całkowitym liczbom pierwszym postaci
3
n
− − -->
1.
{\displaystyle 3n-1.}
Liczbami pierwszymi Eisensteina są następujące liczby naturalne : 2, 5, 11, 17, 23, 29, 41, 47, 53, 59, 71, 83, 89, 101.
Liczbami pierwszymi Eisensteina nie są liczby 3 ani 7, bo
3
=
− − -->
(
1
+
2
ω ω -->
)
2
,
7
=
(
3
+
ω ω -->
)
(
2
− − -->
ω ω -->
)
.
{\displaystyle 3=-(1+2\omega )^{2},7=(3+\omega )(2-\omega ).}
Liczbami pierwszymi Eisensteina są liczby
2
+
ω ω -->
,
3
+
ω ω -->
,
4
+
ω ω -->
,
5
+
2
ω ω -->
.
{\displaystyle 2+\omega ,\,3+\omega ,\,4+\omega ,\,5+2\omega .}
Przypisy
↑ a b Шнирелман, op. cit., s. 29.
↑ Ireland, Rosen, op. cit., s. 29.
↑ Ireland, Rosen, op. cit., s. 24.
↑ Ireland, Rosen, op. cit., s. 30.
Bibliografia
Шнирелман Л.Г.: Простые числа . Москва-Ленинград: ГИТТЛ, 1940, s. 29–36.
Ireland K., Rosen M.: A Classical Introduction to Modern Number Theory . New York Heidelberg Berlin: Springer Verlag, 1982, s. 24–28.
Literatura dodatkowa
Linki zewnętrzne