Bases for a number field
Let
Types
Integral basis
An integral basis
Power basis
A power basis is a basis of the form
Integral power basis
An integral basis which is also a power basis is called an integral power basis. alg These need not exist: A number field possessing an integral power basis is called a Monogenic field.
General properties1
- Suppose
is a (non-integral){ ๐ผ ๐ } ๐ ๐ = 1 โ O ๐พ -basis forโ , and let๐พ be the corresponding discriminant. Then๐ = ฮ ๐พ : โ ( ๐ผ 1 , โฆ , ๐ผ ๐ ) span a{ ๐ผ ๐ / ๐ } ๐ ๐ = 1 -module containingโค .O ๐พ - If
are a{ ๐ผ ๐ } ๐ ๐ = 1 โ O ๐พ -bases forโ such that the discriminant๐พ is squarefree, then they form an Integral basis.ฮ ๐พ : โ ( ๐ผ 1 , โฆ , ๐ผ ๐ )
Proof of 1โ2
Let
. Then ๐ผ โ O ๐พ for ๐ผ = โ ๐ ๐ = 1 ๐ ๐ ๐ผ ๐ and we just need to show that ๐ ๐ โ โ for all ๐ ๐ผ ๐ โ โค . Letting ๐ โ โ ๐ range over embeddings of { ๐ ๐ } ๐ ๐ = 1 we see ๐พ โช โโ โ โก โข โข โฃ ๐ 1 ( ๐ผ ) โฎ ๐ ๐ ( ๐ผ ) โค โฅ โฅ โฆ = ๐ โก โข โข โฃ ๐ 1 โฎ ๐ ๐ โค โฅ โฅ โฆ with
defined as in Discriminant of a separable extension. Multiplying each side by [[Adjugate matrix| ๐ โ M ๐ ร ๐ โก ( O โโ โ ) ]] and letting a d j โก ๐ we have ๐ฟ = d e t ๐ โก โข โข โฃ ๐ฝ 1 โฎ ๐ฝ ๐ โค โฅ โฅ โฆ = ๐ฟ โก โข โข โฃ ๐ 1 โฎ ๐ ๐ โค โฅ โฅ โฆ for some
, whence { ๐ฝ ๐ } ๐ ๐ = 1 โ O โโ โ โก โข โข โฃ ๐ฟ ๐ฝ 1 โฎ ๐ฟ ๐ฝ ๐ โค โฅ โฅ โฆ = ๐ โก โข โข โฃ ๐ 1 โฎ ๐ ๐ โค โฅ โฅ โฆ so since
is an algebraic integer for each ๐ ๐ ๐ = ๐ฟ ๐ฝ ๐ . Since ๐ , it follows ๐ ๐ ๐ โ โ for each ๐ ๐ ๐ โ โค , proving ^P1 . ๐ ^P2 follows from the fact that the discriminant of algebraic integers is in an integer and ^EQ1.
Footnotes
-
2022. Algebraic number theory course notes, ยง2.1 โฉ