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Kurs:Algebraische Zahlentheorie (Osnabrück 2020-2021)/Vorlesung 20/latex

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\setcounter{section}{20}






\zwischenueberschrift{Zerlegungsverhalten}

Wir besprechen nun systematisch, wie eine Primzahl $p$ in einem \definitionsverweis {Zahlbereich}{}{} $R$ zerlegt wird, also wie viele Primideale von $R$ oberhalb von $(p)$ liegen, wie diese sich zueinander verhalten und wie die Abhängigkeit von $p$ aussieht. Viele Eigenschaften hängen dabei allein vom \definitionsverweis {Faserring}{}{} $R/pR$ ab, von dem wir nach Korollar 8.8 wissen, dass $R/pR$ als additive Gruppe isomorph zu ${ \left( \Z/(p) \right) }^n$ ist, wenn $n$ der Grad der Erweiterung ist.




\inputdefinition
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{R }
{ \subseteq }{S }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine \definitionsverweis {endliche Erweiterung}{}{} von kommutativen Ringen, sei ${\mathfrak p}$ ein \definitionsverweis {Primideal}{}{} von $R$ und ${\mathfrak q}$ ein Primideal von $S$ über ${\mathfrak p}$. Dann nennt man den \definitionsverweis {Grad}{}{} der Erweiterung der \definitionsverweis {Restekörper}{}{}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \kappa ( {\mathfrak p} ) }
{ \subseteq }{\kappa ( {\mathfrak q} ) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} den \definitionswort {Trägheitsgrad}{} von ${\mathfrak q}$ über ${\mathfrak p}$.

}






\inputbemerkung
{}
{

Wenn
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{R }
{ \subseteq }{S }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine endliche Erweiterung von Dedekindbereichen ist und ${\mathfrak m}$ ein maximales Ideal von $R$ ist und ${\mathfrak n}$ ein maximales Ideal von $S$ über ${\mathfrak m}$, so ist der \definitionsverweis {Trägheitsgrad}{}{} einfach der Grad der Körpererweiterung \maabbdisp {} {R/{\mathfrak m}} { S/{\mathfrak n} } {} \zusatzklammer {der Trägheitsgrad im Nullideal ist einfach der Grad der Erweiterung der Quotientenkörper} {} {.} Wenn $R$ und damit auch $S$ ein Zahlbereich ist, so sind diese Körper stets endlich von gleicher Charakteristik $p$, und daher liegt eine Erweiterung der Form
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ {\mathbb F}_{ q } }
{ \subseteq }{ {\mathbb F}_{ q' } }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{q }
{ = }{p^e }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{q' }
{ = }{p^{e'} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} vor.

}





\inputfaktbeweis
{Endliche Erweiterung/Eine normierte Gleichung/Trägheitsgrad/Abschätzung/Fakt}
{Lemma}
{}
{

\faktsituation {Es sei $R$ ein \definitionsverweis {kommutativer Ring}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{R }
{ \subseteq }{S }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine \definitionsverweis {endliche Erweiterung}{}{} der Form
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{S }
{ = }{R[X]/(F) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} mit einem normierten Polynom
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{F }
{ \in }{R[X] }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} vom \definitionsverweis {Grad}{}{} $d$. Es sei ${\mathfrak p}$ ein \definitionsverweis {Primideal}{}{} von $R$.}
\faktfolgerung {Dann ist die Summe über alle \definitionsverweis {Trägheitsgrade}{}{} zu Primidealen über ${\mathfrak p}$ durch $d$ beschränkt.}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{

Durch Übergang mittels \maabb {} {R} { \kappa ({\mathfrak p}) } {} kann man direkt annehmen, dass
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{R }
{ = }{K }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein Körper ist und dass das Primideal das Nullideal ist. Es liegt dann die endliche Erweiterung
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{K }
{ \subseteq }{K[X]/(F) }
{ \defeqr }{B }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} vor. Die Primideale von $S$ oberhalb von ${\mathfrak p}$ entsprechen den Primidealen von $B$ und damit den irreduziblen Teilern von $F$ in
\mathl{K[X]}{.} Sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{F }
{ = }{ F_1^{n_1} \cdots F_k^{n_k} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} die Primfaktorzerlegung von $F$ in $K[X]$. Die relevanten Körpererweiterungen sind dann die
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{K }
{ \subseteq} {K[X]/(F_j) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Die Aussage folgt daher direkt aus Gradeigenschaften von Polynomen über einem Körper.

}





\inputfaktbeweis
{Dedekindbereich/Ganzer Abschluss/Fundamentale Gleichung/Fakt}
{Satz}
{}
{

\faktsituation {Es sei $R$ ein \definitionsverweis {Dedekindbereich}{}{} mit \definitionsverweis {Quotientenkörper}{}{} $K$,
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{K }
{ \subseteq }{L }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine \definitionsverweis {Körpererweiterung}{}{} vom \definitionsverweis {Grad}{}{} $n$ und $S$ der \definitionsverweis {ganze Abschluss}{}{} von $R$ in $L$. Es sei ${\mathfrak p}$ ein von $0$ verschiedenes \definitionsverweis {Primideal}{}{} von $R$ mit der Primidealzerlegung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ {\mathfrak p} S }
{ =} { {\mathfrak q}_1^{e_1} \cdots {\mathfrak q}_k^{e_k} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} in $S$. Die Körpererweiterungen
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \kappa ( {\mathfrak p} ) }
{ \subseteq }{ \kappa ( {\mathfrak q}_j ) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} haben die \definitionsverweis {Trägheitsgrade}{}{} $f_j$.}
\faktfolgerung {Dann ist
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{n }
{ =} { \sum_{j = 1}^k e_jf_j }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{

Nach dem chinesischen Restsatz für Dedekindbereiche ist
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{S/ {\mathfrak p}S }
{ =} { S/ {\mathfrak q}_1^{e_1} \times \cdots \times S/ {\mathfrak q}_k^{e_k} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Wir können über dem \definitionsverweis {diskreten Bewertungsring}{}{} $R_{\mathfrak p}$ argumentieren, also davon ausgehen, dass $R$ ein diskreter Bewertungsring mit dem maximalen Ideal ${\mathfrak p}$ ist. Die angeführten Restklassenringe ändern sich dadurch nicht. Es ist $S$ ein freier $R$-Modul vom Rang $n$ und somit ist
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ S/{\mathfrak p} S }
{ =} { S \otimes_{ R } R/{\mathfrak p} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} ein $R/{\mathfrak p}$-\definitionsverweis {Vektorraum}{}{} der \definitionsverweis {Dimension}{}{} $n$. Oben rechts steht das Produkt der $R/{\mathfrak p}$-Vektorräume $S/{\mathfrak q}_j^{e_j}$ und es ist zu zeigen, dass deren $R/{\mathfrak p}$-Dimension gleich $e_jf_j$ ist. Dies zeigen wir durch Induktion über
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{e }
{ = }{e_j }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{,} wobei der Induktionsanfang für
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{e }
{ = }{1 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} die Definition des Trägheitsgrades $f_j$ ist. Wegen
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{{\mathfrak q}^{e+1} }
{ \subseteq }{{\mathfrak q}^{e} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} liegt eine \definitionsverweis {kurze exakte Sequenz}{}{}
\mathdisp {0 \, \stackrel{ }{\longrightarrow} \, {\mathfrak q}^{e} / {\mathfrak q}^{e+1} \, \stackrel{ }{ \longrightarrow} \, S/{\mathfrak q}^{e+1} \, \stackrel{ }{\longrightarrow} \, S/ {\mathfrak q}^{e} \,\stackrel{ } {\longrightarrow} \, 0} { }
vor. Dabei ist
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ {\mathfrak q}^{e} / {\mathfrak q}^{e+1} }
{ =} { {\mathfrak q}^{e} S_{\mathfrak q} / {\mathfrak q}^{e+1} S_{\mathfrak q} }
{ =} { S_{\mathfrak q} / {\mathfrak q} S_{\mathfrak q} }
{ =} { S/ {\mathfrak q} }
{ } { }
} {}{}{.} Deshalb folgt die Aussage aufgrund der Vektorraumadditivität in kurzen exakten Sequenzen.

}


Die in diesem Satz auftretende Gleichung nennt man auch \stichwort {fundamentale Gleichung} {.} Nach Lemma 18.3 liegt genau dann \definitionsverweis {Verzweigung}{}{} oberhalb von ${\mathfrak p}$ vor, wenn einer der \definitionsverweis {Verzweigungsindizes}{}{} $e_j$ größer als $1$ ist.

Die beiden extremen Möglichkeiten für das Zerlegungsverhalten bekommen einen eigenen Namen.




\inputdefinition
{}
{

Es sei $R$ ein \definitionsverweis {Dedekindbereich}{}{} mit \definitionsverweis {Quotientenkörper}{}{} $K$,
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{K }
{ \subseteq }{L }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine \definitionsverweis {Körpererweiterung}{}{} vom \definitionsverweis {Grad}{}{} $n$ und $S$ der \definitionsverweis {ganze Abschluss}{}{} von $R$ in $L$. Ein von $0$ verschiedenes \definitionsverweis {Primideal}{}{} ${\mathfrak p}$ von $R$ heißt \definitionswort {voll zerlegt}{} in $S$, wenn es $n$ Primideale in $S$ oberhalb von ${\mathfrak p}$ gibt.

} Im voll zerlegten Fall ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{e_j }
{ = }{f_j }
{ = }{1 }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} für
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{j }
{ = }{ 1 , \ldots , n }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Es liegt keine Verzweigung von und alle Restekörper stimmen mit dem Grundkörper $R/ {\mathfrak p}$ überein.




\inputdefinition
{}
{

Es sei $R$ ein \definitionsverweis {Dedekindbereich}{}{} mit \definitionsverweis {Quotientenkörper}{}{} $K$,
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{K }
{ \subseteq }{L }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine \definitionsverweis {Körpererweiterung}{}{} vom \definitionsverweis {Grad}{}{} $n$ und $S$ der \definitionsverweis {ganze Abschluss}{}{} von $R$ in $L$. Ein von $0$ verschiedenes \definitionsverweis {Primideal}{}{} ${\mathfrak p}$ von $R$ heißt \definitionswort {unzerlegt}{} in $S$, wenn es genau ein Primideal in $S$ oberhalb von ${\mathfrak p}$ gibt.

}

In diesem Fall ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{n }
{ = }{ef }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.}




\inputbeispiel{}
{

Wir betrachten die Ringerweiterung
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \R[X] }
{ \subset }{ {\mathbb C} [X] }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Auf der Ebene der \definitionsverweis {Quotientenkörper}{}{} liegt die \definitionsverweis {quadratische Körpererweiterung}{}{} der zugehörigen \definitionsverweis {Funktionenkörper}{}{}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{\R(X) }
{ \subset }{ {\mathbb C}(X) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} vor, und ${\mathbb C}[X]$ ist der \definitionsverweis {ganze Abschluss}{}{} von $\R[X]$ in ${\mathbb C}(X)$. Die \definitionsverweis {Primideale}{}{} $\neq 0$ von $\R[X]$ sind von der Form $(X-a)$ mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{a }
{ \in }{\R }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} oder von der Form
\mathl{(X^2+bX+c)}{} mit einem quadratischen Polynom ohne reelle Nullstelle. Die Restekörper in diesem zweiten Fall sind isomorph zu ${\mathbb C}$. Die Primideale in ${\mathbb C}[X]$ sind alle von der Form $(X-a)$ mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{a }
{ \in }{ {\mathbb C} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.}

In der Erweiterung liegt über dem Primideal $(X-a)$ das entsprechende Ideal, dieses Ideal ist also \definitionsverweis {unzerlegt}{}{,} die \definitionsverweis {Verzweigungsordnung}{}{} ist $1$ und die Restekörpererweiterung ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{\R }
{ \subset }{ {\mathbb C} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{,} der \definitionsverweis {Trägheitsgrad}{}{} ist also $2$. Zu einem Primideal
\mathl{(X^2+bX+c)}{} zu einem reellen Polynom ohne reelle Nullstelle seien \mathkor {} {z} {und} {\overline{ z }} {} die zueinander konjugierten komplexen Nullstellen. In ${\mathbb C}[X]$ gilt die Idealzerlegung
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ (X^2+bX+c) }
{ = }{ (X-z) (X- \overline{ z } ) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Die Verzweigungsordnungen sind also $1$ und in den Restekörpern liegt ein Isomorphismus vor, die Trägheitsgrade sind also $1$. Diese Primideale sind \definitionsverweis {voll zerlegt}{}{.}


}




\inputbeispiel{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{R }
{ = }{ \Z[X]/(X^4+X^3+X^2+X+1) }
{ = }{ \Z[x] }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Wir beschreiben exemplarisch das Verhalten von Primzahlen in diesem Zahlbereich. Es sei zuerst
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{q }
{ = }{5 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Hier ist über
\mathl{\Z/(5)}{}
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ (X-1) (X^4+X^3+X^2+X+1) }
{ =} { X^5-1 }
{ =} { (X-1)^5 }
{ } { }
{ } {}
} {}{}{} und somit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ X^4+X^3+X^2+X+1 }
{ = }{ (X-1)^4 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Es gibt also nur ein Primideal oberhalb von $(5)$ und dessen Restklassenkörper ist $\Z/(5)$, der \definitionsverweis {Trägheitsgrad}{}{} ist also $1$ und der \definitionsverweis {Verzweigungsindex}{}{} ist $4$.

Das Zerlegungsverhalten der anderen Primzahlen
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{q }
{ \neq }{5 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} versuchen wir mit Hilfe eines Zwischenringes zu verstehen. Sei
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{v }
{ =} { x-x^2-x^3+x^4 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Eine direkte Rechnung \zusatzklammer {siehe Beispiel 17.5} {} {} zeigt
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{v^2 }
{ = }{5 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{,} d.h. es liegt ein Zwischenring
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \Z }
{ \subset} { \Z[ \sqrt{5} ] }
{ \subset} { \Z[ { \frac{ 1+ \sqrt{5} }{ 2 } } ] }
{ =} { \Z[x^3+x^2 ] }
{ =} {S }
} {
\vergleichskettefortsetzung
{ \subset} { \Z[x] }
{ } { }
{ } { }
{ } {}
}{}{} vor, wobei der Ganzheitsring zu $\sqrt{5}$ mit Satz 9.8 bestimmt wurde.

Für
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{q }
{ =} { 1,4 \mod 5 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} ist $5$ ein Quadrat modulo $q$. Über diesen Primzahlen liegen in $S$ zwei Primideale, beide mit dem Restekörper $\Z/(q)$ und dem Trägheitsgrad $1$. Über diesen Primzahlen zerfällt das fünfte Kreisteilungspolynom in zwei Faktoren vom Grad $2$. Ob es weiter in Linearfaktoren zerfällt, hängt von $q$ ab.

Bei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{q }
{ = }{11 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} sind $1,3,4,5,9$ fünfte Einheitswurzeln in $\Z/(11)$ und das Kreisteilungspolynom hat die Zerlegung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ X^4+X^3+X^2+X+1 }
{ =} {(X-3)(X+2)(X-4)(X-5) }
{ } { }
{ } { }
{ } {}
} {}{}{.} Über $(11)$ liegen also vier Primideale, jeweils mit dem Trägheitsgrad $1$. Ein entsprechendes Verhalten gilt für alle Primzahlen $q$ mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{q }
{ = }{1 \mod 5 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} nach Korollar 23.3.

Bei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{q }
{ = }{4 \mod 5 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} gibt es nur die $1$ als fünfte Einheitswurzel und es gilt
\mavergleichskettedisphandlinks
{\vergleichskettedisphandlinks
{ X^4+X^3+X^2+X+1 }
{ =} { { \left( X^2 + { \frac{ \sqrt{5} + 1 }{ 2 } } X+1 \right) } { \left( X^2 -{ \frac{ \sqrt{5} -1 }{ 2 } } X+1 \right) } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{,} wobei für $\sqrt{5}$ eine Quadratwurzel von $5$ aus
\mathl{\Z/(q)}{} einzusetzen ist. Bei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{q }
{ = }{19 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ist beispielsweise
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{9^2 }
{ = }{5 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und daher ist
\mavergleichskettedisphandlinks
{\vergleichskettedisphandlinks
{ X^4+X^3+X^2+X+1 }
{ =} { { \left( X^2 +5 X+1 \right) } { \left( X^2 +15 X+1 \right) } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

Bei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{q }
{ = }{3 \mod 5 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{}


}

Es ist einfach Beispiele von Zahlbereichen anzugeben, in denen jedes Primideal des Grundringes zerlegt \zusatzklammer {also nicht unzerlegt} {} {} ist. Für das folgende Beispiel siehe auch Korollar 22.9.




\inputbeispiel{}
{

Es seien
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{a,b }
{ \in }{\Z }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} verschiedene quadratfreie Zahlen, sei
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{\Q }
{ \subset} {L }
{ =} { \Q[ \sqrt{a}, \sqrt{b} ] }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} die zugehörige \definitionsverweis {Körpererweiterung}{}{} vom Grad $4$ und sei
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ T }
{ =} { \Z [ \sqrt{a}, \sqrt{b} ] }
{ \subseteq} { S }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} der \definitionsverweis {Ganzheitsring}{}{} von $\Z$ in $L$, wobei für dieses Beispiel der Unterschied zwischen \mathkor {} {T} {und} {S} {} irrelevant ist. Wir bestimmen die Faser über einem Primideal zu einer Primzahl $p$. Der beschreibende Ring ist
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ T \otimes_{ \Z } \Z/(p) }
{ =} { \Z[X,Y]/(X^2-a,Y^2-b) \otimes_{ \Z } \Z/(p) }
{ =} { \Z/(p) [X,Y]/(X^2-a,Y^2-b) }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Wir beschränken uns auf Primzahlen $\geq 3$, die weder \mathkor {} {a} {noch} {b} {} teilen, was bedeutet, dass die zugehörigen Restklassen Einheiten in $\Z/(p)$ sind. Wenn $a$ \zusatzklammer {entsprechend für $b$} {} {} ein Quadrat in
\mathl{\Z/(p)}{} ist, sagen wir
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{a }
{ =} {r^2 }
{ =} {(-r)^2 }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{,} so ist
\mavergleichskettealignhandlinks
{\vergleichskettealignhandlinks
{ \Z/(p) [X,Y]/(X^2-a,Y^2-b) }
{ =} { \Z/(p) [X,Y]/((X-r)(X+r) ,Y^2-b) }
{ =} { ( \Z/(p) [Y]/(Y^2-b) ) [X]/((X-r)(X+r)) }
{ =} { ( \Z/(p) [Y]/(Y^2-b) ) \times ( \Z/(p) [Y]/(Y^2-b) ) }
{ } { }
} {} {}{,} wobei die letzte Identifizierung durch
\mathl{X \mapsto (r,-r )}{} gegeben ist. Der Faserring ist also ein Produktring und kein Körper und $(p)$ zerfällt in $T$ und dann auch in $S$ in zumindest zwei Primideale.

Wenn hingegen sowohl \mathkor {} {a} {als auch} {b} {} Nichtquadrate in
\mathl{\Z/(p)}{} sind, so ist das Produkt $ab$ ein Quadrat, sagen wir
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ab }
{ = }{s^2 }
{ = }{(-s)^2 }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Dann gelten, da ja $a$ eine Einheit ist, in
\mathl{\Z/(p) [X,Y]}{} die Idealgleichheiten
\mavergleichskettealign
{\vergleichskettealign
{ (X^2-a,Y^2-b) }
{ =} { (X^2-a, aY^2-ab) }
{ =} { (X^2-a, aY^2-s^2) }
{ =} { (X^2-a, X^2Y^2-s^2) }
{ =} { (X^2-a, (XY-s)(XY-s)) }
} {} {}{} und damit ist
\mavergleichskettealignhandlinks
{\vergleichskettealignhandlinks
{ \Z/(p) [X,Y]/(X^2-a,Y^2-b) }
{ =} { \Z/(p) [X,Y]/(X^2-a, (XY-s)(XY-s)) }
{ =} { ( \Z/(p) [X]/(X^2-a) ) [Y ]/(XY-s)(XY-s) }
{ =} { ( \Z/(p) [X]/(X^2-a) ) [Y ]/ { \left( Y- { \frac{ s }{ X } } \right) } { \left( Y-{ \frac{ s }{ X } } \right) } }
{ =} { ( \Z/(p) [X]/(X^2-a) ) \times ( \Z/(p) [X]/(X^2-a) ) }
} {} {}{,} es liegt also wieder ein Produktring vor.


}