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交换环

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ざい抽象ちゅうしょう代数だいすうこれふんささえ环论ちゅういち交换环commutative ring乘法じょうほう运算满足交换りつてき环。对交换环てき研究けんきゅうしょう交换代数だいすうがく

ぼう特定とくていてき交换环在れつ包含ほうがん链中:

てい义与れい

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てい

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一个带有两个二元にげん运算てき集合しゅうごう R 环,そくはた环中てき任意にんい两个元素げんそ变为だいさん个的运算。们称为加ほうあずか乘法じょうほう通常つうじょう记作 + あずか ⋅ ,れいa + b あずか ab。为了形成けいせい一个群这两个运算需满足一些性质:环在加法かほういちおもね贝尔ぐんざい乘法じょうほう为一个幺半ぐん使つかいとく乘法じょうほう对加ほうゆう分配ぶんぱいりつそく a ⋅ (b + c) = (ab) + (ac)。关于加法かほうあずか乘法じょうほうてき单位元素げんそぶん别记さく 0 1。

另外如果乘法じょうほう也是交换てきそく

ab = ba

R しょう为交换的。じょ另有とく声明せいめいしも文中ぶんちゅう所有しょゆう环假设是交换てき

れい

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一个重要的例子,ざいぼう种意义下さい关键てき带有加法かほうあずか乘法じょうほう两个运算てき整数せいすう Zよし为整すう乘法じょうほう一个交换运算,这是いち个交换环。通常つうじょう记作 ZとくZahlenかずてき缩写。

いちいきごとれい元素げんそ a 可逆かぎゃくてき交换环,そくゆういち个乘ほうぎゃく b 使つかいとく ab = 1。从而,ゆかりてい义知にんなんいきいち个交换环。有理数ゆうりすう实数复数みやこただしいき

2×2 てきのり交换てきいんのり阵乘ほう满足交换りつ,如下れいしょしめせ

不等ふとう

ただしのうあいどうてき相似そうじ变换对角てきのり形成けいせいいち个交换环。一个例子是关于一个固定节点集合しょうてきのり集合しゅうごう

如果 R 一个给定的交换环,关于变量 X けいすうR なかてき所有しょゆう项式形成けいせいいち项式环,记作 R[X]。对多个变りょうどう成立せいりつ

如果 V ぼうつぶせ扑空间れい如某个 Rn てきしゅうV うえ实值ある复值连续函数かんすう形成けいせいいち个交换环。どう样对ほろ函数かんすうあるぜん纯函すう也对,ただよう两者有定ありさだ义,V いち复流がた

理想りそうあずか

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かずいきちゅうまい个非れい元素げんそ乘法じょうほう可逆かぎゃく不同ふどう,环的论更复杂。ゆう概念がいねん处理这种じょうがたくびさきR てき一个元素如果有乘法逆称之为单位。另一种特别的元素类型是れい因子いんしそくれい元素げんそ a 使つかいとく存在そんざい环中いち个非れい元素げんそ b 使つかいとく ab=0。如果 R ぼつゆうれい因子いんししょうせいいん为在很多方面ほうめんぞう整数せいすう

しもれつ许多概念がいねん对非交换环也存在そんざいただしてい义与せい一般いっぱんさら复杂。れい如,交换环中所有しょゆう理想りそう动是そうてき相当そうとう简化りょうじょうがた

理想りそうあずかしょう

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交换环的内部ないぶ结构どおり过考虑它てき理想りそうらい确定,そくざいあずか环中にんなん元素げんそ相乘そうじょう以及加法かほうふう闭的そらしゅう I:对所有しょゆう r ぞくRi あずか j ぞくIri あずか i+j 要求ようきゅうぞくI。给定 R てきにんなんしゅう F = {fj}jJ(这里 J ぼう个指标集),ゆかり F 生成せいせいてき理想りそう最小さいしょうてき包含ほうがん F てき理想りそうとう价地,它有有限ゆうげん线性组合给出

r1f1 + r2f2 + ... + rnfn

よし一个元素生成的理想叫做しゅ理想りそうわか环中所有しょゆう理想りそうぬし理想りそうしょうしゅ理想りそう,两个重要じゅうようてきじょうがた Z 与一よいち个域 k うえてき项式环 k[X]。にんなん环有两个理想りそうれい理想りそう { 0 } あずかせい个环 R包含ほうがん于任なん理想りそうそくRてき理想りそうしょう极大てきいち理想りそう m 极大てきとう且仅とう R / m いち个域。にんなん环至しょうゆういち个极だい理想りそう,这可よしあずか选择公理こうりとう价的おん引理とく

理想りそうてきてい义使どくじょ以” I なかてき元素げんそ给出另一个环,しょうR / I:它是 I てき陪集,两个运算为

(a + I) + (b + I) = (a + b) + I and (a + I)(b + I) = ab + I

れい如,环 Z/nZ(也记さく Zn),其中 n いち个整すう整数せいすう n 环。它是かたぎさんてきもと础。

局部きょくぶ

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一个环的局部化是商环的对立面,ざいしょうR /I ちゅうぼう元素げんそI なかてき元素げんそ)变为れい,而在局部きょくぶちゅうぼう元素げんそ变为可逆かぎゃくてきそく乘法じょうほうぎゃく添进环中。具体ぐたいてき,如果 S これ R てきいち乘法じょうほう闭子しゅうそくただよう s あずか tSstSざい R ざい S 处的局部きょくぶある分母ぶんぼざい S なかてきぶんしき环,通常つうじょう记作 S−1R よし符号ふごう

其中 rR, sS

组成,满足あずか有理数ゆうりすうてき约分类似てきほう则。こと实上,ざい这种语言ちゅう Q これ Z ざい所有しょゆうれい整数せいすうてき局部きょくぶ。此构づくり所有しょゆうせいR成立せいりつ。如果 S よしいち固定こてい元素げんそ f てき所有しょゆう幂组なり局部きょくぶうつしなり Rf

理想りそうあずか

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一类特别重要的理想叫做素理想,通常つうじょう记作 p。此概念がいねんげん于19せい纪代数学すうがく们意识到,ぞう Zざい许多环中ぼつゆう素数そすうおもんみいち分解ぶんかいゆう此性质的环称为おもんみいち分解ぶんかいせい)。ゆかりてい义,理想りそう一个真理想使得只要环中任何两个元素 a あずか b てきじょうab ぞくp,则 a あずか b ちゅういたりしょうゆう一个已属于 p。(相反あいはんてき结论ゆかりてい义对にんなん理想りそう成立せいりつ)。とう价地,しょうR / p いち个整环。另一种表述是说补集 R \ p 乘法じょうほうふう闭的。局部きょくぶ (R \ p)−1R あし重要じゅうよういた赋以单独てき记号:Rp。这个环只ゆういち个极だい理想りそうそく pRp。这样てき环称为局部きょくぶ

ゆかりうえところじゅつにんなん极大理想りそうもと理想りそう。证明一个理想是素的,あるとう价的一个环没有零因子可能非常困难。

Z てき谱。

理想りそう几何理解りかい一个环的关键步骤,つう过环てきSpec R:它是 R てき所有しょゆうもと理想りそう集合しゅうごう[nb 1]うえやめひっさげいたいたりしょうゆういち个素理想りそう,从而谱非そら。如果 R いち个域,おもんみいちてきもと理想りそうれい理想りそう,从而谱只ゆういち个点。ただし Z てき谱,包含ほうがんれい理想りそうてきいち个点,以及にんなん素数そすう p生成せいせいもと理想りそう pZてきいち个点。谱赋以一个拓扑叫扎里斯基つぶせ,这由将子まさこしゅう D(f) = {pSpec R, fp} 设定为开しゅう确定,这里 f にんなん元素げんそ。此拓扑与分析ぶんせきある微分びぶん几何ちゅうぐういたてき可能かのう不同ふどうれい如,一般地存在点不是闭的。たとえ如,对应于零理想りそうてきてん 0 ⊂ Z てき闭包せいZ てき谱。

谱的概念がいねん交换代数だいすうあずか代数だいすう几何てき公共こうきょうもとせき代数だいすう几何しょう Spec R 赋予いち はた不同ふどうてき开子しゅうじょう局部きょくぶてい义的所有しょゆう函数かんすう收集しゅうしゅうおこりらいてき实体)。此空间与层的すうすえしょう为一个仿射がいがた。给定一个仿射概形,そこR さく てき整体せいたい截面じゅう新得しんとくいた。而且,やめ建立こんりゅうおこりらいてき环与放射ほうしゃがいがた间的一一对应也与环同态相容:にんなに f : RS とくいち方向ほうこう相反あいはんてき连续映しゃ

Spec SSpec R, qf−1(q),そく S てきにんなんもと理想りそううついたざい f したてきはらぞう,这是 R てきいち个素理想りそう

谱也使局部きょくぶしょう环是互补てきちょく觉确せつ自然しぜんうつ RRf あずか RR / fR ぶん别对应于,はた环的谱赋以他们的扎里斯基つぶせ扑后,互补てき嵌入かんにゅう

总之しょ说的这两个范畴的とうはん应了环的代数だいすうせい质以几何方式ほうしきひょう出来できながれがた局部きょくぶゆかり Rn 给出,あずかこれ类似,仿射がいがたてき局部きょくぶ模型もけいがいがた,这是代数だいすう几何ちゅう研究けんきゅうてき对象。从而,环与どう态中许多概念がいねんみなもと于几なんちょく觉。

环同态

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あずか通常つうじょう代数だいすうがくちゅういち样,两个对象间的一个保持对象的结构的函数 f 无疑しょうどうざい环的じょうがたちゅう,环同态是いち个映しゃ f : RS 使つかいとく

f(a + b) = f(a) + f(b), f(ab) = f(a)f(b) 且 f(1) = 1。

这些条件じょうけんf(0) = 0,ただし保持ほじ乘法じょうほう单位元素げんそ 1 てき要求ようきゅう不能ふのう从其它两じょうせい质推ざい这种じょうがた S 也成为一个 R-代数だいすう理解りかいS なか s 以被 R なか r つう过令

r · s := f(r) · s

f てきかくあずかぞうてい义为 ker (f) = {rR, f(r) = 0} あずか im (f) = f(R) = {f(r), rR}。かくあずかぞうぶん别是 R あずか S てき

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交换代数だいすうてき外部がいぶ结构よしこう虑这个环じょうてき线性代数だいすう确定,そく研究けんきゅう它的论,这与むかいりょうそら类似,じょりょうそこ必是一个域而可以为任何环 RR-かたぎてき论比むこうりょうそら间的线性代数だいすうよう复杂とくかたぎ论必须处一些困难比如模没有基,自由じゆうてきそくこうりょうそら间的维数类比)可能かのう良好りょうこうていてき有限ゆうげん生成せいせいてき必是有限ゆうげん生成せいせいてきじょ R 诺特环,见下)。

R なかてき理想りそう以视为 R-,也是 R てき。另一方面ほうめんよく很好てき理解りかい R-かたぎ必须知道ともみち R あし够信いきしか而反过来,交换代数だいすう中通なかとおり过考虑 R てき理想りそう研究けんきゅう其结构的许多技巧ぎこう,一般对研究模也成立。

诺特环

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一个环称为诺特环(为了纪念ほこりまい·诺特,她发てんりょう这个概念がいねん),如果理想りそうてきます

0 ⊆ I0I1 ... ⊆ InIn + 1 ⊆ ...

なり为稳じょうてきそくぼう个指标 n きさき变成つね值。とう价地,にんなん理想りそうよし有限ゆうげん元素げんそ生成せいせいあるどう样等价地有限ゆうげん生成せいせいてき有限ゆうげん生成せいせいてき。一个环称为おもね廷环(以ほこりまい尔·おもね命名めいめい),如果にんなん理想りそうてきくだ

RI0I1 ... ⊇ InIn + 1 ⊇ ...

さい终变なり稳定てきつきかん这两个条件じょうけん对称てき现,诺特环比おもね廷环さら一般いっぱんれい如,Z 诺特てきいん为任なん理想りそうよしいち元素げんそ生成せいせいただしおもね廷环,如有くだ

Z ⊋ 2Z ⊋ 4Z ⊋ 8Z ⊋ ...。

こと实上,まい个阿廷环诺特环。

诺特环是一个特别重要的有限性条件。此条件じょうけんざい几何ちゅう经常现的许多运算保持ほじ:如果 R 诺特环,则多项式环 R[X1, X2, ..., Xn]ゆかりまれ尔伯とくもと定理ていり)、にんなん局部きょくぶ S−1R 以及しょうR / I みやこただし诺特环。

维数

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いち个环 R てきかつ鲁尔维数(ある简称维数)dim R 衡量环的“大小だいしょうてきいち概念がいねん非常ひじょう粗略そりゃく说是すう R ちゅう无关元素げんそじゅん确地说,它定义为谱中もと理想りそう链的长度 n

0 ⊆ p0p1 ⊆ ... ⊆ pn

れい如,一个域是零维的,いん为惟いちてき理想りそうれい理想りそう。一个环是阿廷环当且仅当它是诺特环且是零维的(そく其素理想りそう极大理想りそう)。整数せいすう 1 维的:にんなんもと理想りそう具有ぐゆう形式けいしき

0 = p0pZ = p1,这里 p いち素数そすう

いんZ ちゅうにんなん理想りそうぬし理想りそう

如果こう虑的环是诺特环,维数ひょう良好りょうこう期待きたいてき不等式ふとうしきざい这种じょうがた成立せいりつ

dim R[X] = dim R + 1,

一般いっぱんただゆう dim R + 1 ≤ dim R[X] ≤ 2 · dim R + 1)。另外,维数ただ决于いち个极だい链,R てき维数所有しょゆう局部きょくぶ Rp てき维数てきうえ确界,这里 p 任意にんいいち个素理想りそうちょく觉上,R てき维数 R 谱的一个局部性质。所以ゆえん,维数经常ただ对局环考虑,也因为一般的诺特环仍有可能是无限维,つきかん所有しょゆう局部きょくぶ有限ゆうげん维的。

确定

k[X1, X2, ..., Xn] / (f1, f2, ..., fm),其中 k いち个域而 fi ぼうn 变量项式

てき维数一般いっぱん容易ようい。对诺とくRR/I てき维数,ゆかりかつ鲁尔ぬし理想りそう定理ていりいたりしょう dim Rn,如果 I ゆかり n元素げんそ生成せいせい。如果维数不能ふのうさいしょうそく dim R / I = dim Rn,则 R / I しょう完全かんぜん交叉こうさ

いち个局Rそくただゆういち个极だい理想りそう mしょうせいてき,如果 R てきかつ鲁尔)维数とう于维すうあまりきりそらm / m2さく为域 R / m うえてきむこうりょうそら间)てき维数。

ゆう如下さら几何てき另一个包含链:

おん-むぎこうかずら仑斯ひろしせい则环せい则局

构造交换环

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ゆう种方ほう从给じょうてき环构づくり出新いでしんてき。这样构造てき目的もくてき通常つうじょう为了改善かいぜん环的ぼう种性质使其更えき理解りかいれい如,一个整环在其ぶんしきいきなかせいしょうせい规环。这是一个值得向往的性质,如任なんせい规 1-维环必是正ぜせい则的。しょう一个环变为正规的称为せい规化

かん备化

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如果 I 交换环 R ちゅういち个理おもえI てき幂组なり 0 てきいちつぶせ扑邻いき,这使 R 视为いちつぶせ扑环。这个つぶせ扑称为 I-进拓扑。这样 R 关于这个つぶせ扑可以完备化。形式けいしきじょうI-进拓扑完备化R/In てきはんこう极限れい如,如果 k いち个域,k[[X]],k うえいち个变りょう形式けいしき幂级すう环, k[X] てき I-进完备化,其中 I ゆかり X 生成せいせいてきしゅ理想りそう。类似p-进整すう环是 Z てき I-进完备化,其中 I ゆかり p 生成せいせいてきしゅ理想りそうにんなんどう构于它的かん备化てき环叫做かん

せい

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ゆかり韦德はくおん定理ていりにんなん有限ゆうげんじょ交换てき,从而いち有限ゆうげんいき。另一个确保一个环的交换性的性质,ぞくまさかくぬのもり,如下:对任なに R 中元ちゅうげんもと r存在そんざいいち个整すう n > 1 使つかいとく rn = r[1] 如果对每个 r ゆう r2 = r,环称为ぬの尔环。确保环的交换性的せいてきさら一般的条件也为人所知[2]

あい关条

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ちゅう

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  1. ^ 概念がいねん以与一个线性算子的联系おこりらいまいりC*-代数だいすうてきあずか盖尔范德表示ひょうじ

引用いんよう

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  1. ^ Jacobson 1945
  2. ^ Pinter-Lucke 2007

参考さんこう文献ぶんけん

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