Carácter de Dirichlet

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En teoría de números, los caracteres de Dirichlet son un cierto tipo de funciones aritméticas que derivan de caracteres completamente multiplicativos sobre las unidades  \mathbb Z / k \mathbb Z . Los caracteres de Dirichlet son usados para definir las Funciones L de Dirichlet, las cuales son funciones meromorfas, con una variedad interesante de propiedades analíticas. Si \chi es un carácter de Dirichlet, se define su serie L de Dirichlet de la siguiente manera:

L(\chi,s) = \sum_{n=1}^\infty \frac{\chi(n)}{n^s}

donde s es un número complejo con la parte real > 1. Por continuación analítica, esta función puede ser extendida a una función meromorfa en todo el plano complejo. Las funciones L de Dirichlet son generalizaciones de la función zeta de Riemann y aparecen en la hipótesis generalizada de Riemann.

Los caracteres de Dirichlet son llamados así en honor a Johann Peter Gustav Lejeune Dirichlet.

Definición axiomática[editar]

Un carácter de Dirichlet es cualquier función χ de números enteros a números complejos con las siguientes propiedades:

  1. Existe un entero positivo k tal que χ(n) = χ(n + k) para todo n.
  2. Si mcd (n,k) > 1 entonces χ(n) = 0; si mcd(n,k) = 1 entonces χ(n) ≠ 0.
  3. χ(mn) = χ(m)χ(n) para todo los enteros m y n.

Estas consecuencias son importantes:

Por la propiedad 3), χ(1)=χ(1×1)=χ(1)χ(1); puesto que mcd(1, k) = 1, por la propiedad 2) se tiene que χ(1) ≠ 0, así que

4. χ(1) = 1.

Las propiedades 3) y 4) muestran que cada carácter es completamente multiplicativo.

La propiedad 1) dice que un carácter es periódico con periodo k; se dice que χ es un carácter según el modulus k. Esto es equivalente a decir que

5. Si ab (mod k) entonces χ(a) = χ(b).

Si el mcd(a,k) = 1, el teorema de Euler dice que aφ(k) ≡ 1 (mod k) (donde φ(k) es la función φ de Euler). Por lo tanto, por 5) y 4), χ(aφ(k)) = χ(1) = 1, y por 3), χ(aφ(k)) =χ(a)φ(k) . Así que

6. Para todo a primo relativo con k, χ(a) es una φ(k)-ésima raíz de la unidad compleja.

El único carácter de periodo 1 se llama carácter trivial. Nótese que cualquier carácter se anula en 0 excepto el carácter trivial, el cual es 1 para todos los enteros.

Un carácter es llamado principal si éste da el valor 1 para argumentos que sean coprimos con sus modulos y que de otra manera sean 0. Un carácter es llamado real si toma valores reales únicamente. Un carácter que no es real es denominado complejo.

El signo de un carácter χ depende de su valor en −1. Específicamente, se dice que χes impar si χ(−1) = −1 y par si χ(−1) = 1.

Véase también[editar]

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