Conceptul de num ar p-adic a fost introdus pentru prima dat a de Kurt Hensel n 1987, dar [610793]
1
Introducere
Conceptul de num ar p-adic a fost introdus pentru prima dat a de Kurt Hensel ^ n 1987, dar
se reg ase ste, f ar a a denumit explicit, ^ n anumite lucr ari anterioare ale lui Ernst Kummer.
Motivat ia principal a a introducerii lor a fost utilizarea unor tehnici de analiz a (^ n special de
teoria seriilor) ^ n teoria numerelor. Ele au proprietatea c a sunt cu at^ at mai apropiate, cu
c^ at diferent a lor este divizibil a cu o putere mai mare a num arului prim p. Astfel, ele pot
p astra informat ii privind congruent ele modulo pn; n2N, si pot avea aplicat i importante ^ n
teoria numerelor. De exemplu, ele joac a un rol important ^ n demonstrarea Marii Teoreme a
lui Fermat (Andrew Wiles, 1995).
Fiepun num ar prim. Norma p-adic a (sau modulul p-adic) se dene ste pentru x2Q
astfel
jxjp=8
<
:p vp(x); x6= 0
0; x= 0(1)
undevp(x) reprezint a exponentul num arului prim p^ n descompunerea lui x.
^In 1930 Ostrowski a demonstrat c a orice norm a pe mult imea numerelor rat ionale Qeste
echivalent a e cu modulul uzual, e cu modulul p-adic pentru un anumit num ar prim p.
Complet^ and topologic mult imea Q^ n raport cu modulul obi snuit obt inem R, iar ^ n raport
cu modululul p-adic obt inem corpul numerelor p-adiceQp.
^Intre corpurile R siQpsunt multe similarit at i (ambele sunt complet ari ale lui Q,Qeste
dens a ^ n ecare din ele, sunt spat ii local compacte, nu sunt algebric ^ nchise, putem utiliza
tehnici de analiz a care prezint a multe asem an ari etc. ), dar si multe deosebiri ( Reste corp
ordonat, relat ia de ordine ind compatibil a cu operat iile, Reste arhimedian, iar Qpeste
nearhimedian, Reste conex, pe c^ and Qpeste total disconex, ^ n Qpnu putem deni clar
not iunea de interval sau cea de curb a etc).
Spre deosebire de cazul real, ^ n cel p-adic mult imea Qp(^ nchiderea algebric a a lui Qp) nu
este spat iu metric complet. De aceea, se contruie ste ^ nchiderea topologi a a lui Qp^ n raport
cu modulul p-adic, care se noteaz a cu Cp si este corp algebric ^ nchis si complet. Acesta se
nume ste corpul Tate joac a un rol asem anator lui Cdin analiza clasic a.
Lucrarea de fat a este structurat a ^ n patru capitole. ^In primul capitol sunt introduse
2
numerelep-adice si se stuiaz a anumite propriet at i ale acestora (analitice, algebrice, topolog-
ice). ^In al doilea capitol sunt introduse distribut ii le si m asurile p-adice. De asemenea, este
introdus a not iunea de integral a Riemann ^ n raport cu o distribut ie. Tot aici este analizat a
o important a categorie de distribut ii: distribut iile Lipschitz tari. Capitolul 3 este consacrat
funct iilor Krasner analitice. Fie DCpo mult ime ^ nchis a. O funct ie f:D!Cpse
nume ste Krasner analitic a (sau element analitic) dac a exist a un sir de funct ii rat ionale ( fn)
f ar a poli ^ n Dastfel ^ nc^ at fnu !f. Tot aici este introdus a integrala Shnirelman, cu ajutorul
c areia se pot demonstra analoagele p-adice ale unor teoreme clasice de analiz a complex a. De
asemenea, este prezentat a teorema lui Vishik ^ mpreun a cu forma sa Galois echivariant a.
^In capitolul al patrulea este studiat a o clas a special a de funct ii Krasner analitice, anume
funct iile urm a, care au aplicat i ^ n obt inerea unor rezultate privind transcendent a anumitor
funct ii (de exemplu trncendent a funct iei log gamma a lui Diamond) .
Capitolul 1
Numere p-adice
^In acest capitol vom urma [18] si [23].
Denit ia 1. Fie M o mult ime nevid a. Se nume ste distant a pe M o funct ie d:MM!
R+cu propriet at ile:
1)d(x;y) = 0,x=y
2)d(x;y) =d(y;x)
3)d(x;y)6d(x;z) +d(z;y);8x;y;z2M(1.1)
(M;d) se nume ste spat iu metric.
Denit ia 2. Fie (M,d) un spat iu metric, a2M sir>0.
Bila deschis a de centru a si de raz a r este:
B(a;r) =fx2Mjd(x;a)<rg:
Bila ^ nchis a de centru a si de raz a r este:
B[a;r] =fx2Mjd(x;a)6rg: (1.2)
Sfera de centru a si de raz a r este:
B[a;r] =fx2Mjd(x;a)6rg:
3
4 CAPITOLUL 1. NUMERE P-ADICE
Fie p un num ar prim. Norma p-adica (sau modulul p-adic) se dene ste pentru x2Q
astfel
jxjp=8
<
:p vp(x); x6= 0
0; x= 0(1.3)
Observat ia 1. ^In mod natural, o distant a d genereaz a o topologie pe M, av^ and ca baz a bilele
deschise. Astfel, orice spat iu metric este spat iu topologic.
Denit ia 3. Fie K un corp. Se nume ste norm a (sau valoare absolut a) pe K o funct ie
kk:K!R+cu propriet at ile:
1)kxk= 0,x= 0
2)kxyk=kxkkyk
3)kx+ykkxk+kykpentru orice x;y2K(1.4)
Observat ia 2. Un exemplu simplu de norm a, ^ n sensul descris aici, este modul uzual pe Q.
Un alt exemplu (peste orice corp!) este norma trivial a kxk=8
<
:1; x6= 0
0; x= 0
Propozit ia 1. Se demonstreaz a u sor urm atoarele propriet at i ale valorii absolute:
1)jj1jj= 1
2)jjxnjj=jjxjjn
3)Dac a K este corp nit, atunci orice norma este trivial a :(1.5)
Denit ia 4. Fie K un corp. Se nume ste valuare pe K o funct ie v:K!Rcu propriet at ile:
1)v(xy) =v(x) +v(y);8x;y2K
2)v(x+y)minfv(x);v(y)g(1.6)
Exemplul 1. Pentrua2Nnot amep(a) exponentul num arului prim p^ n descompunerea ^ n
factori a lui a. Atunci funct ia vp:Q!Rdenit a prin vp(a
b) =ep(a) ep(b) este o valuare
peQ.
Observat ia 3. Dac av:K!Reste o valuare pe K si c2(0;1), atuncijjjj:K!R+,
jjxjj=cv(x)este o norm a pe K.
5
Denit ia 5. Dou a metrici (sau norme) se numesc echivalente dac a genereaz a aceea si
topologie.
Observat ia 4. Se veric a u sor c a dac a kkeste o norm a pe K, atunci d:KK!
R+; d(x;y) =kx ykdene ste o distant a pe K.
Denit ia 6. Fiep2Nun num ar prim. Pentru n2Z,valuarea p-adic a sauexpo-
nentul p-adic se noteaz a cu vp(n) si reprezint a cea mai mare putere a lui p care ^ l divide
pe n ( adic a vp(n) =m;cupmjn; pm+16jn).
Observat ia 5. Prin convent ie, vp(0) =1.
Observat ia 6. Este evident c a pentru orice m;n2Zavemvp(mn) =vp(m) +vp(n).
Denit ia 7. Fie p un num ar prim. Extindem valuarea p-adic a de la ZlaQastfel: pentru
x=m
n2Q
vpm
n
=vp(m) vp(n) (1.7)
Observat ia 7. Valuarea este corect denit a deoarece pentru m;n;k2Z; n;k6= 0 avem
vpmk
nk
=vp(mk) vp(nk) =vp(m) +vp(k) vp(n) vp(k) =vp(m) vp(n) =vpm
n
Observat ia 8. Se arat a imediat c a pentru orice x;y2Qavemvp(xy) =vp(x) +vp(y).
Denit ia 8. Fie p un num ar prim. Norma p-adic a (sau modulul p-adic) se dene ste pentru
x2Qastfel
jxjp=8
<
:p vp(x); x6= 0
0; x= 0(1.8)
Propozit ia 2.j:jp:Q!R+este o norm a (^ n sensul denit iei 3)
Demonstrat ie. Veric am proprietat ile normei:
1)jxjp= 0,x= 0 rezult a conform denit iei.
2)jxyjp=p vp(xy)=p vp(x) vp(y)=p vp(x)p vp(y)=jxjpjyjp:
3)Demonstr am ^ n prealabil urmatoarea
Lema 1. Pentru orice x;y2Qare loc inegalitatea vp(x+y)>minfvp(x);vp(y)g:
6 CAPITOLUL 1. NUMERE P-ADICE
Demonstrat ie. Inegalitatea este evident a dac a, x= 0;y= 0 saux+y= 0.
^In celelalte situat ii, scriem x=a
bpk siy=c
dpl, cua;b;c;d2Z; k;l2Z,p6ja;b;c;d ,
(a;b) = (c;d) = 1,k=vp(x); l=vp(y). F ar a a restr^ ange generalitatea, presupunem c a
vp(x)6vp(y) , decikl. Pentruk<l avem
vp(x+y) =vpa
bpk+c
dpl
=vp
pkad+bcpl k
bd
=
vp
pk
+vpad+bcpl k
bd
=k+ 0 =k
Pentruk=lobt inemvp(x+y) =k+vp ad+bc
bd
>k(deoarece este posibil ca pjac+bd).
A sadar, din lema 1 obt inem
jx+yjp6maxn
jxjp;jyjpo
6jxjp+jyjp
si demonstrat ia propozit iei se ^ ncheie.
Denit ia 9. O norm a pe K se nume ste nearhimedian a dac akx+yk6maxfkxk;kykg,
pentru orice x;y2K siarhimedian a ^ n caz contrar. De asemenea, o distant a se nume ste
nearhimedian a dac ad(x;y)6maxfd(x;z);d(z;y)gpentru orice x;y;z2K siarhi-
median a ^ n caz contrar. ^In particular, distant a indus a de o norm a nearhimedian a este
nearhimedian a.
Propozit ia 3. O norm a nearhimedian a are proprietatea c a, dac a kxk6=kyk, atunci
kx+yk= maxfkxk;kykg:
Demonstrat ie. Presupun^ and c akxk<kyk, rezult a c akx+yk6maxfkxk;kykg=kyk.
Pe de alt a partekyk=kx+y+ ( x)k6maxfkx+yk;k xkg6kx+yk, decikx+yk=
kyk:
Observat ia 9. Pe baza observat iei anterioare, obt inem c a pentru o distant a nearhimedian a,
dac ad(x;z)6=d(z;y), atuncid(x;y) = maxfd(x;z);d(z;y)g, ceea ce ^ nsemn a c a ^ ntr-un
spat iu metric nearhimedian orice triunghi e isoscel .
7
Observat ia 10. PeQjjpeste o norm a nearhimedian a, iar modulul obi snuit este o norm a
arhimedian a.
Observat ia 11. Prin induct ie se arat a imediat c a
nP
k=1xk
6max
k=1;nfkxkkg
Teorema 1. (de caracterizare a normelor nearhimediene)
Fie A imaginea lui Z^ n corpul K, adic a A=fn1jn2Zg. Atunci o norm a este nearhime-
dian a dac a si numai dac a kak61pentru orice a2A.
Demonstrat ie. Fiea=n1;n2Z.
"=)"kak=
1 + 1 +::+ 1|{z}
n ori
6maxfk1k;k1k;:::;k1k|{z}
n orig= 1.
"(=" Este sucient s a demonstr am c a kx+ 1k6kxkpentru orice x2Kcukxk>1. Fie
x2K. Pentrum2Navem
k(x+ 1)mk6
mX
k=00
@m
k1
Axk
6mX
k=0
0
@m
k1
Ax
k
=mX
k=0
0
@m
k1
A
k
kxkk6mX
k=0kxkk6
6(m+ 1)kxkm
Prin urmare,k(x+ 1)mk6(m+ 1)kxkm, decikx+ 1k6mpm+ 1kxk;8m>1 si de aici
rezult a prin trecere la limit a dup a m!1 c akx+ 1k6kxk.
Teorema 2 (Ostrowski, 1918) .Orice norm a netrivial a pe Qeste echivalent a cu modulul
obi snuit sau cujjppentru un anumit num ar prim p.
Demonstratie. Fiejjjjo norm a pe Q.
Cazul 1) Dac a exist a n2Nastfel ^ nc^ atknk>1, en02Ncel mai mic cu aceasta
proprietate. Cum kn0k>1, rezult a c a exist a > 0 astfel ^ nc^ atkn0k=n
0. Ar at am c a
knk=npentru orice n2N, de unde rezult a c a kxk=jxjpentru orice x2Q, ceea ce
^ nseamn a c a norma este echivalent a cu modulul uzual.
Fie
n=a0+a1n0+a2n2
0+:::+aknk
0; cu 06ai<n 0; i=0;k si ak6= 0
8 CAPITOLUL 1. NUMERE P-ADICE
scrierea lui n ^ n baza n0.
Observ am mai ^ nt^ ai c a ai<n 0; i=0;k, deci, din minimalitatea lui n0rezult a
kaik61; i=0;k:
Avem
knk=
kX
i=0aini
0
6kX
i=0
aini
0
=kX
i=0kaikni
06kX
i=0ni
06nk
0kX
i=01
ni
06n1X
i=01
n
0i
6Cn;
undeC > 0 este o constant a ( depinde doar de n0), prin urmare
knk6Cn;pentru orice n1:
Folosim ^ n continuare un articiu. ^Inlocuind ^ n relat ia anterioar a ncunm, pentrum2N
arbitrar, obt inem
knk6mp
Cn;pentru orice n1:
De aici, prin trecere la limit a dup a m !1 obt inem
knk6n;pentru orice n1:
Pe de alt a parte, avem nk+1
0>n>nk
0si
nk+1
0
=
nk+1
0 n+n
6
nk+1
0 n
+knk. De
unde
knk>
nk+1
0
