Zahlbereich/Charakterisierung von Idealerzeugung mit Diskriminante/Fakt/Beweis/Aufgabe/Lösung

Zunächst sind wegen Fakt die Spuren zu Elementen aus ${}R$ ganzzahlig und somit sind auch die in Frage stehenden Diskriminanten ganzzahlig. Man kann also die Diskriminanten bzw. ihre Beträge untereinander der Größe nach vergleichen.

Es sei  ${}f\in {\mathfrak {a}}$  ein beliebiges Element. Wir müssen zeigen, dass sich ${}f$ als eine ${}\mathbb {Z}$-Linearkombination  ${}f=k_{1}b_{1}+\cdots +k_{n}b_{n}$  mit  ${}k_{i}\in \mathbb {Z}$  schreiben lässt, wenn die  ${}b_{1},\ldots ,b_{n}\in {\mathfrak {a}}$  eine ${}\mathbb {Q}$-Basis von ${}L$ mit minimalem Diskriminantenbetrag bilden. Es gibt eine eindeutige Darstellung

${}f=q_{1}b_{1}+\cdots +q_{n}b_{n}\,$

mit rationalen Zahlen  ${}q_{i}\in \mathbb {Q}$.  Es sei angenommen, dass ein ${}q_{i}$ nicht ganzzahlig ist, wobei wir  ${}i=1$  annehmen dürfen. Wir schreiben dann  ${}q_{1}=k+\delta$  mit  ${}k\in \mathbb {Z}$  und einer rationalen Zahl ${}\delta$ (echt) zwischen ${}0$ und ${}1$. Dann ist auch

$c_{1}=f-kb_{1}=\delta b_{1}+\sum _{i=2}^{n}q_{i}b_{i},\,b_{2},\ldots ,b_{n}$

eine ${}\mathbb {Q}$-Basis von ${}L$, die in ${}{\mathfrak {a}}$ liegt. Die Übergangsmatrix der beiden Basen ist

${}T={\begin{pmatrix}\delta &q_{2}&q_{3}&\cdots &q_{n}\\0&1&0&\cdots &0\\0&0&1&\cdots &0\\\vdots &\vdots &\vdots &\ddots &\vdots \\0&0&0&\cdots &1\end{pmatrix}}\,.$

Nach Fakt gilt für die beiden Diskriminanten die Beziehung

${}\triangle (c_{1},b_{2},\ldots ,b_{n})=(\det(T))^{2}\triangle (b_{1},b_{2},\ldots ,b_{n})\,.$

Wegen  ${}(\det(T))^{2}=\delta ^{2}<1$  und da die Diskriminanten nach Fakt

nicht ${}0$ sind, ist dies ein Widerspruch zur Minimalität der Diskriminante.

Zur gelösten Aufgabe