Théorème de Grunwald-Wang

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En théorie algébrique des nombres, le théorème de Grunwald-Wang est un exemple de principe local-global, selon lequel — hormis dans certains cas précisément identifiés — un élément d'un corps de nombres K est une puissance n-ième dans K si c'est une puissance n-ième dans le complété KModèle:Ind pour presque tout idéal premier p de [[Élément entier|OModèle:Ind]] (c'est-à-dire pour tous sauf un nombre fini). Par exemple, un rationnel est le carré d'un rationnel si c'est le carré d'un nombre p-adique pour presque tout nombre premier p.

Il a été introduit par Modèle:Lien en 1933[1], mais une erreur dans cette première version fut détectée et corrigée par Modèle:Lien en 1948[2].

Histoire

Modèle:Encadré texte

Grunwald, un étudiant de Hasse, avait donné une « preuve » de l'énoncé erroné[1] selon lequel un élément d'un corps de nombres serait une puissance n-ième s'il en est une localement presque partout. Whaples en avait donné une autre « preuve »[3]. Cependant, Wang découvrit le contre-exemple suivant[2] : 16 est une puissance Modèle:8e p-adique pour tout premier impair p, mais n'est pas une puissance Modèle:8e rationnelle ni 2-adique. Dans sa thèse[4] dirigée par Artin, Wang énonça et démontra la formulation correcte de l'assertion de Grunwald, en précisant les rares cas où elle était fausse. Ce résultat est à présent connu sous le nom de théorème de Grunwald-Wang.

Contre-exemples

L'affirmation originelle de Grunwald, selon laquelle un élément qui est une puissance n-ième presque partout localement est toujours une puissance n-ième globale, peut être mise en défaut de deux façons, dont la première est le contre-exemple de Wang :

Puissance n-ième localement presque partout mais pas localement partout

Le rationnel 16 est une puissance Modèle:8e à toutes les places sauf 2. En effet :

Puissance n-ième localement partout mais pas globalement

Le nombre 16 n'est pas une puissance Modèle:8e dans [[Extension quadratique|ℚ(Modèle:Sqrt)]]. Pourtant, il en est une localement partout — c'est-à-dire dans ℚModèle:Ind(Modèle:Sqrt) pour tout p — d'après ce qui précède et l'égalité ℚModèle:Ind(Modèle:Sqrt) = ℚModèle:Ind(Modèle:Sqrt)[5].

Une conséquence du contre-exemple de Wang

Ce contre-exemple montre qu'on ne peut pas toujours trouver une extension cyclique de degré donné, avec ramifications prescrites sur un ensemble fini de places :Modèle:Retrait

Corps spéciaux

Pour tout s ≥ 2, soit Modèle:Retrait

On peut remarquer que le corps cyclotomique d'indice 2Modèle:Exp est ℚModèle:Ind = ℚ(Modèle:Math).

Un corps est dit s-spécial s'il contient Modèle:Math mais ne contient ni Modèle:Math, ni Modèle:Math, ni Modèle:Math.

Par exemple — puisque Modèle:Math et Modèle:Math = Modèle:Sqrt — un corps est 2-spécial s'il ne contient ni Modèle:Sqrt, ni Modèle:Sqrt, ni Modèle:Sqrt.

Énoncé du théorème

Soient K un corps de nombres, n un entier naturel et S un ensemble fini de premiers de K. Posons Modèle:Retrait

Le théorème de Grunwald-Wang affirme que Modèle:Retrait sauf dans le cas spécial, c'est-à-dire sauf si les conditions suivantes sont vraies toutes les deux :

  1. K est s-spécial pour un s tel que 2Modèle:Exp divise n ;
  2. S contient l'ensemble spécial SModèle:Ind constitué des premiers p (nécessairement 2-adiques) tels que KModèle:Ind est s-spécial.

De plus, dans le cas spécial, le « défaut » du principe de Hasse est fini : le noyau de Modèle:Retrait n'a que deux éléments.

Explication des contre-exemples

Pour le corps ℚ, 2-spécial avec SModèle:Ind = {2}, le cas spécial a lieu lorsque n est divisible par 8 et S contient 2. Cela explique le contre-exemple de Wang et montre qu'il est minimal. On voit aussi qu'un rationnel est une puissance n-ième si c'est une puissance n-ième p-adique pour tout p[6].

Le corps ℚ(Modèle:Sqrt) est 2-spécial aussi mais avec SModèle:Ind = , ce qui explique l'autre contre-exemple ci-dessus.

Notes et références

Modèle:Traduction/Référence Modèle:Références

Liens externes

Modèle:Portail

  1. 1,0 et 1,1 Modèle:Article.
  2. 2,0 et 2,1 Modèle:Article.
  3. Modèle:Article.
  4. Modèle:Article.
  5. Modèle:Ouvrage.
  6. Une preuve bien plus élémentaire est de remarquer que pour tout nombre premier p, en notant r la p-valuation de x : s'il existe un rationnel y tel que la p-valuation de x – yModèle:Exp soit > r alors, r est égal à la p-valuation de yModèle:Exp donc est divisible par n.