Klassenzahlformel

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche

Im mathematischen Teilgebiet der Algebraischen Zahlentheorie gibt die Klassenzahlformel eine Formel für die Berechnung der Klassenzahl eines Zahlkörpers. Sie wurde für quadratische Zahlkörper 1839 von Peter Gustav Lejeune Dirichlet bewiesen.

Grundlagen[Bearbeiten]

Ein Zahlkörper K ist eine endliche Körpererweiterung K/\Q des Körpers der rationalen Zahlen. Der Ganzheitsring \mathcal{O}_K\subset K sind diejenigen Elemente aus K, die sich als Lösung einer normierten polynomiellen Gleichung mit ganzzahligen Koeffizienten gewinnen lassen. Die Idealklassengruppe misst, wie weit der Ganzheitsring davon entfernt ist, eine eindeutige Primfaktorzerlegung zu besitzen. Sie ist definiert als Gruppe der gebrochenen Ideale modulo der gebrochenen Hauptideale. Die Klassenzahl h_K des Zahlkörpers ist definiert als die Anzahl der Elemente der Idealklassengruppe. Insbesondere ist die Klassenzahl 1 genau dann, wenn \mathcal{O}_K ein Hauptidealring ist und dies ist wiederum genau dann der Fall, wenn Primfaktorzerlegung in \mathcal{O}_K eindeutig ist. Ein zentrales Problem der algebraischen Zahlentheorie ist die Frage, welche Zahlkörper Klassenzahl h_K=1 haben.

Formel[Bearbeiten]

h_K= \frac{w_K \cdot \sqrt{|D_K|}} { 2^{r_1} \cdot(2\pi)^{r_2} \cdot \operatorname{Reg}_K} \lim_{s \to 1} (s-1) \zeta_K(s)

Hierbei sind

Beispiele[Bearbeiten]

Die rationalen Zahlen[Bearbeiten]

Der Zahlkörper der rationalen Zahlen K=\Q hat eine reelle und keine komplexe Einbettung, also r_1=1,r_2=0. Die einzigen Einheitswurzeln sind \pm 1 also w_\Q=2. Der Dirichletsche Regulator ist die Determinante einer 0\times 0-Matrix, also \operatorname{Reg}_\Q=1, und die Diskriminante der trivialen Erweiterung \Q/\Q ist D_\Q=1. Die Dedekindsche Zeta-Funktion \zeta_\Q(s) ist in diesem Fall die Riemannsche Zeta-Funktion \zeta(s). Man erhält

h_\Q=\lim_{s \to 1} (s-1) \zeta(s)=1

in Übereinstimmung mit der bekannten Tatsache, dass \Z ein Hauptidealring ist.

Imaginäre quadratische Körper[Bearbeiten]

Für K=\Q(\sqrt{-5}) ist r_1=0,r_2=1,w_K=2, \operatorname{Reg}_K=1, D_K=20 und das Residuum der Dedekindschen Zetafunktion in 1 ist \frac{40\pi}{20^{3/2}}. Man erhält h_K=2.

Für K=\Q(\sqrt{-163}) ist r_1=0,r_2=1,w_K=2, \operatorname{Reg}_K=1, D_K=163 und eine geschickte Berechnung des Residuums der Dedekindschen Zetafunktion zeigt h_K=1.

Verallgemeinerung[Bearbeiten]

Eine Verallgemeinerung der Klassenzahlformel ist die Lichtenbaum-Vermutung (benannt nach Stephen Lichtenbaum).

Literatur[Bearbeiten]

  • Analytic number theory. A tribute to Gauss and Dirichlet. Proceedings of the conference held in Göttingen, June 20–24, 2005. Edited by William Duke and Yuri Tschinkel. Clay Mathematics Proceedings, 7. American Mathematical Society, Providence, RI; Clay Mathematics Institute, Cambridge, MA, 2007. viii+256 pp. ISBN 978-0-8218-4307-9
  • Winfried Scharlau, Hans Opolka From Fermat to Minkowski. Lectures on the theory of numbers and its historic development, Springer Verlag, 1985 (Kapitel 8: Dirichlet)

Weblinks[Bearbeiten]