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条目175,195,211已经指出,如果给定任意整数D (正数或负数) ,那么可以指定有限个数的行列式为D 的型F ,F ′,F ″,…,使得每个行列式为D 的型都与且仅与其中一个型正常等价。因此,行列式为D 的所有的型(它们的个数是无限的) 可以这样分类:所有与型F 正常等价的型的全体为第1类;所有与型F ′正常等价的型构成第2类,…。
从每一类中选取一个型,作为整个这一类型的代表型 。这个型的选择是任意的,但尽量选择看起来最简单的那个型。型(a ,b ,c )的简单性应当由数a ,b ,c 的大小来判断,因而如果a ′>a ,b ′>b ,c ′>c ,那么型(a ′,b ′,c ′)就没有型(a ,b ,c )简单。但这并不足以确定哪个型更加简单,例如在(17,0,45)和(5,0,-153)中做出选择。但是,遵守下面的标准是有利的:
1.当行列式D 是负数时,就取每一类的约化型作为代表型;当同一类中的两个型都是约化型(它们将是相反的型,参见条目172 ) 时,就取中间项为正数的那个。
2.当行列式D 是正的非平方数时,就计算这一类中任意约化型的周期。这个周期中要么有两个歧型,要么一个歧型都没有(条目187) 。
1)在前一种情况下,设歧型是(A ,B ,C )和(A ′,B ′,C ′),M ,M ′分别是数B ,B ′对于模A ,A ′的最小剩余(除非M ,M ′都等于0,否则都取正号) ,最后,设 。然后,从型(A ,M ,-N )和型(A ′,M ′,-N ′)中取看起来更简单的那个作为代表型。判断时,优先选取中间项等于0的那个型:如果两个型的中间项都为0或都不为0,优先选择第1项更小的那个型;如果第1项的大小相同,那么就优先选取第1项为正数的那个型。
2)如果周期中没有歧型,选择第1项最小的那个型,不计正负号。如果周期中有两个型,它们的第1项的绝对值相同,而其中一个带正号,另一个带负号,那么就取带正号的那个型。设选中的型为(A ,B ,C ),与前一种情况相同,可以由这个型推导出另一个型(A ,M ,-N )(即令M 是B 对于模A 的绝对最小剩余,并且设 ,这个型就是代表型) 。
如果在该周期中恰好有若干个型都有相同的最小第1项A ,用刚刚说过的方法处理这些型,在得出的型中,选择中间项最小的那个型作为代表型。
例如,对于D =305,其中一个周期是:(17,4,-17),(-17,13,8),(8,11,-23),(-23,12,7),(7,16,-7),(-7,12,23),(23,11,-8),(-8,13,17)。首先,选择型(7,16,-7),然后推导出代表型(7,2,-43)。
3.当行列式是正的平方数k 2 时,要在讨论的类别中寻找一个约化型(A ,k ,0)。如果A ≤k ,就要选这个型为代表型。如果A >k ,就用型(A -2k ,k ,0)来代替它,这个型的第一项是负的,但是小于k 。
例:按照这种方法,所有行列式为-235的型可以分成16类,这16类型的代表型是:(1,0,235),(2,1,118),(4,1,59),(4,-1,59),(5,0,47),(10,5,26),(13,5,20),(13,-5,20);另外8个型和这8个型的区别仅仅是外项符号相反,(-1,0,-235),(-2,1,-118),…。
行列式为79的所有的型可以分为6类,它们的代表型是:(1,0,-79),(3,1,-26),(3,-1,-26),(-1,0,79),(-3,1,26),(-3,-1,26)。
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通过这样的分类,正常等价的型就与其他的型完全分开。对于两个行列式相同的型,如果它们属于同一类,那么它们就是正常等价的。任何能够由同一类中的某个型表示的数,也可以由这一类中的其他的型表示。并且,如果数M 可以由第1个型用互质的未知数值来表示,那么这个数也可以被这个类中其他的型以相同的方式表示,使得每个表示都属于表达式 (mod M )的相同的值。但是,如果两个型归属于不同类,它们就不是正常等价的;并且,如果给定的数可以由其中一个型表示,是否也可以由另一个型表示就不得而知了。另一方面,如果数M 能够被其中一个型以互质的未知数值来表示,那么可以立即断定,对于这个数不存在另一种相似的表示,使得它属于表达式 (mod M )的同一个值(见条目167 ,见条目168 ) 。
但是,两个来自不同的类K ,K ′的型F ,F ′是能够反常等价的。在这种情况下,来自一个类的每个 型就与来自另一个类的每个 型都反常等价。来自K 中的每个型都能在K ′中找到与之相反的型,这两个类就成为相反的类 。那么,在上个条目的第一个例子中,行列式为-235的第3类型就与第4类型相反,第7类型与第8类型相反。在第2个例子中,第2类型与第3类型相反,第5类型与第6类型相反。因此,对于给定任意两个来自相反的类的型,如果任意数M 可以由其中一个型表示,就一定能够由另一个型表示。如果对第1个型可以用互质的未知数的值来表示,那么对第2个型也可以用同样的方式来表示,并且这两个表示分别属于表达式 (mod M )的两个相反的值。还有,上文所给出的选择代表型的规则,使得相反的类总是给出相反的代表型。
最后,还存在与自身相反的类。也就是说,如果一个型和与之相反的型包含于同一类中,那么,这类中的所有的型彼此都既正常等价又反常等价,并且每一个型和与它相反的型就在这个类中。任何类,如果它包含一个歧型,就具有这个性质;反过来,可以在任何与它自己相反的类中找到一个歧型(条目163,165) 。因此,我们就把这个类称为歧类 。那么,行列式为-235的型构成的类中,一共有8个歧类,它们的代表型是(1,0,235),(2,1,118),(5,0,47),(10,5,26),(-1,0,-235),(-2,1,-118),(-5,0,-47),(-10,5,-26)。在行列式为79的型构成的类中,有2个歧类,它们的代表型是(1,0,-79),(-1,0,79)。如果按照这个法则确定代表型,就可以由代表型毫无困难地确定歧类。也就是说,对于正的非平方数的行列式,一个歧类一定对应一个歧代表型(条目194) 。对于一个负的行列式,歧类的代表型要么本身是歧型,要么它的外项相等(条目172) ;最后,对于正的平方数行列式,由条目210容易判断代表型是不是与它自身反常等价,从而可以判断它所代表的类是否为歧类。
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我们在条目175中指出,对于具有负的行列式的型(a ,b ,c ),外项的符号一定相同,并且一定与和它等价的型的外项的符号相同。如果a ,c 是正的,我们就称型(a ,b ,c )为定正型 ,并且就说包含了型(a ,b ,c )的整个类(它仅由定正型构成) 为定正类 。反过来,如果a ,c 是负的,我们就称型(a ,b ,c )为定负型 ,其包含在一个定负类 里面。一个负数不能由定正型表示,一个正数也不能由定负型表示。如果(a ,b ,c )是一个定正类的代表型,(-a ,b ,-c )就是一个定负类的代表型。由此可以推出,定正类的个数就等于定负类的个数,一旦知道了一个定正类,同时也就知道了一个定负类。因此,在研究具有负的行列式的型时,常常只考虑定正类就足够了,因为它们的性质可以轻松地转移到定负类上。
但是,这种差异仅对具有负的行列式的型成立;正数和负数都可以由行列式为正的型表示,在此情况下,两个型(a ,b ,c )和(-a ,b ,-c )经常属于同一个类。