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数学知识体系

Observatory Archive of Mathematics
⌕2026/8/31
概念

整数环

代数整数构成整数环,判别式度量其「大小」,整基是其加法群的结构基。

所属主题:代数数论 ↗
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01定义

数域 KK 中的代数整数(首一整系数多项式的根)构成整数环 OK\mathcal{O}_K:它是 Z\mathbb{Z} 在 KK 中的替身,却未必唯一分解。整基给出其加法结构,判别式度量其「粗细」。
0 1 (1+√−3)/2 O_K = Z·1 ⊕ Z·ω 整基 {1, ω}: 格点 = 代数整数 Q(√−3) 的整数环是斜格:判别式 Δ = −3 度量网格的「密度」
整数环 = 嵌入空间中的格:整基撑起格点

02核心要点

01

整基与判别式

OK\mathcal{O}_K 是秩 [K:Q][K:\mathbb{Q}] 的自由 Z\mathbb{Z}-模;判别式 ΔK=det⁡(σiωj)2\Delta_K=\det(\sigma_i\omega_j)^2 是整数不变量,其素因子恰是分歧素数。

02

唯一分解的失效

在 Z[−5]\mathbb{Z}[\sqrt{-5}] 中 6=2⋅3=(1+−5)(1−−5)6=2\cdot 3=(1+\sqrt{-5})(1-\sqrt{-5}):两种「素因子」分解不可调和——费马当年踩过的坑,催生理想理论。

03

素数的分裂

有理素数 pp 在 OK\mathcal{O}_K 中分裂、惯性或分歧,由极小多项式模 pp 的分解决定(戴德金判别法)——素数在数域中「变形记」。

03关键公式

OK=Zω1⊕⋯⊕Zωn,ΔK=det⁡(σi(ωj))2\mathcal{O}_K=\mathbb{Z}\omega_1\oplus\cdots\oplus\mathbb{Z}\omega_n,\quad \Delta_K=\det(\sigma_i(\omega_j))^2

04历史沿革

库默尔 1847 年以「理想数」补救费马大定理的失败证明;戴德金 1871 年以理想取代理想数;诺特将其公理化为现代交换代数的一部分。

05应用与延伸

数域筛法(分解 RSA 大整数的最强算法)的核心代数、格密码(LWE)的代数格构造、椭圆曲线复乘理论、代数编码的环结构。

06交互演示

Z[√−5]:6 的两种不可约分解6 = 2·3 = (1+√−5)(1−√−5):理想类非平凡,非 UFD

07相关概念