Discriminant of a number field
Let
where the latter quantity is the discriminant of a separable extension and is an integer independent of the choice of integral basis.1
Proof
Suppose
and { ๐ผ ๐ } ๐ ๐ = 1 are both integral bases for { ๐ผ โฒ ๐ } ๐ ๐ = 1 . Let ๐พ and ๐ : = ฮ ๐พ : โ ( ๐ผ 1 , โฆ , ๐ผ ๐ ) . We can find an appropriate change of basis matrix ๐ โฒ = ฮ ๐พ : โ ( ๐ผ โฒ 1 , โฆ , ๐ผ โฒ ๐ ) such that ๐ โ G L ๐ โก ( โค ) โก โข โข โฃ ๐ผ โฒ 1 โฎ ๐ผ โฒ ๐ โค โฅ โฅ โฆ = ๐ โก โข โข โฃ ๐ผ 1 โฎ ๐ผ ๐ โค โฅ โฅ โฆ , whence
๐ ( ๐ผ โฒ 1 , โฆ , ๐ผ โฒ ๐ ) = ๐ ( ๐ผ 1 , โฆ , ๐ผ ๐ ) ๐ ๐ณ , ๐ ( ๐ผ 1 , โฆ , ๐ผ ๐ ) = ๐ ( ๐ผ โฒ 1 , โฆ , ๐ผ โฒ ๐ ) ๐ โ ๐ณ , Now since
and d e t ๐ are both integers, it follows d e t ๐ โ 1 . Thus d e t ๐ = d e t ๐ โ 1 = ยฑ 1 , as required. ๐ โฒ = ( d e t ๐ ) 2 ๐ = ๐ Since
is a product of algebraic integers, it follows ๐ โ โ . ๐ โ O โ = โค
For a general
where all operands are integers. We call the index on the right had side the Annoying index.
Proof
Suppose
are an integral basis of { ๐ ๐ } ๐ ๐ = 1 and write ๐พ โก โข โข โฃ ๐ผ 1 โฎ ๐ผ ๐ โค โฅ โฅ โฆ = ๐ด โก โข โข โฃ ๐ 1 โฎ ๐ ๐ โค โฅ โฅ โฆ for some
. Let ๐ด โ M ๐ , ๐ โก ( โค ) . By Subgroup of a free abelian group, ๐ = s p a n โค โก { ๐ผ ๐ } ๐ ๐ = 1 . The fact that | O ๐พ / ๐ | = | d e t ๐ด | ๐ ( ๐ผ 1 , โฆ , ๐ผ ๐ ) = ๐ ( ๐ 1 , โฆ , ๐ ๐ ) ๐ ๐ณ yields the desired result.
See also Discriminant of an algebraic integer.
Footnotes
-
2022. Algebraic number theory course notes, ยถยถ2.2โ2.3, p. 34 โฉ