мы говорим, что гауссово целое число а — это гауссово простое число, если
но а не является произведением гауссовых целых чисел меньшего абсолютного значения.
Эквивалентным является определение гауссовых простых чисел на основе квадрата абсолютного значения, известного как норма
То есть, а — гауссово простое число, если
и а — не произведение гауссовых целых чисел меньшей нормы.
Преимущество нормы заключается в том, что
обыкновенное положительное целое число, поэтому мы можем использовать известные свойства целых чисел. Например, мы можем сразу увидеть, почему всякое гауссово целое число имеет разложение на гауссовы простые множители. А именно, если а — само не является гауссовым простым числом, то
где
Если
гауссовы простые числа, то мы имеем разложение а на гауссовы простые множители; если нет, по крайней мере, одно из них разлагается на гауссовы целые числа меньшей нормы, и т. д. Это процесс должен закончиться, потому что нормы — это обыкновенные целые числа, и, следовательно, они не смогут уменьшаться бесконечно по величине. При завершении, мы имеем разложение а на гауссовы простые множители.
Однозначность этого разложения на простые множители — более глубокий результат, ради которого удобно возвратиться к мере абсолютного значения величины и интерпретировать а
как расстояние
от О. Это дает нам возможность доказать, что гауссовы целые числа имеют «деление с остатком» удивительно геометрическим образом.
Теорема Свойство деления
Для любых
в
имеются
так что
Доказательство. Кратные
для
это суммы членов
Отсюда следует, поскольку линии от О до
перпендикулярны, что числа
лежат на углах решетки квадратов стороны
как на рисунке 21.1.
Теперь а лежит в одном из этих квадратов, и, если мы допустим
отсюда следует, что перпендикуляры от а к ближайшим сторонам имеют длину 1/31/2 (нарисуйте картинку). Поэтому, поскольку две стороны треугольника имеют общую длину больше, чем третья,
что и требовалось.
Рисунок 21.1: Кратные
Свойство деления
имеет следующие следствия, параллельные следствиям для натуральных чисел, описанных в разделе 3.3.
1. Для
имеется евклидов алгоритм, который принимает любые
и многократно делит большую пару на меньшую, сохраняя меньшее число и остаток. Он заканчивается нахождением
общего делителя
который наибольший в норме.
3. Если
гауссово простое число, которое делит
то
делит а или
4. Разложение на гауссовы простые множители гауссова целого числа однозначно, вплоть до порядка множителей и множителей нормы 1 (то есть множителей
).
Упражнения
(см. скан)