理想(Ideal)是一个环论中的概念。
若某环的子集为在原环加法的定义下的子群,且其中的元素在原环乘法下与任意原环中的元素结果都在该子群中,则称其为原环的理想。
通俗地说,一环的理想在加法上成群且在乘法上表现如同一个黑洞。
理想把整数的某些子集,例如偶数或3的倍数组成的集合给一般化了。两个偶数相加或相减结果仍是偶数,偶数与任意整数相乘的结果也仍是偶数;这些闭包和吸收的性质正是理想的定义。理想可以被用来构造商环,这类似于在群论里,正规子群可以被用来构造商群。
恩斯特·库默尔提出了理想数的概念,以此作为那些不具有唯一因子分解的数环的“缺失”的因子。“理想”在这里的意思是它只存在于想象中,可以类比在几何中那些“理想”的几何对象,比如无穷远处的点。[1]随后在1876年,理查德·戴德金在狄利克雷的数论讲义书的第三版中用被称为“理想”的数的集合代替了库默尔之前未定义的概念。[1][2][3]之后这个概念被大卫·希尔伯特和艾米·诺特从数环拓展到了多项式环以及其他交换环上。
环(R,+,·),已知(R, +)是阿贝尔群。R的子集I称为R的一个右理想,若I满足:
- (I, +)构成(R, +)的子群。
- ∀i ∈ I,r ∈ R,i·r ∈ I。
类似地,I称为R的左理想,若以下条件成立:
- (I, +)构成(R, +)的子群。
- ∀i ∈ I,r ∈ R,r·i ∈ I。
若I既是R的右理想,也是R的左理想,则称I为R的双边理想,简称R上的理想。
- 整数环的理想:整数环Z只有形如nZ的理想。
- 在环中,(左或右)理想的交和并仍然是(左或右)理想。
- 对于R的两个理想A,B,记
。按定义不难证明:
- 如果A是R的左理想,则AB是R的左理想。
- 如果B是R的右理想,则AB是R的右理想。
- 如果A是R的左理想,B是R的右理想,则AB是R的双边理想。
- R的子集I是R的理想,若I满足:
- ∀a,b ∈ I,a - b∈I。
- ∀a ∈ I, r ∈ R,则a·r∈ I。
- 交换环的理想:交换环的理想都是双边理想。
- 除环的理想:除环中的(左或右)理想只有平凡(左或右)理想。
如果
是环
的一个非空子集,令
, 其中
则
是环
的理想,这个理想称为
中由
生成的理想,
称为生成元集。同群的生成子群类似,
是
中所有包含
的理想的交,因此是
中包含
的最小理想。下面是生成理想的几种特殊情况:
- 当
是交换环时,
;
- 当
是有单位元
的环时,
;
- 当
是有单位元的交换环时,
.
设集合A = {a1,a2,...,an},则记<A> = <a1,a2,...,an>,称
是有限生成理想。特别当
是单元素集时,称
为环R的主理想。注意
作为生成元一般不是唯一的,如
。
的一般形式是:
- 性质:
![{\displaystyle \left\langle A\right\rangle =\sum _{a\in A}\left\langle a\right\rangle }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e14869cf776240acea2955b5cdaa2f29c3f0e5a7)
- 几类特殊环中的主理想:
- 如果是交换环,则
![{\displaystyle \left\langle a\right\rangle =\left\{sa+na|s\in R,n\in Z\right\}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/aca373d836c29a3c56a219f13f423a1f84b04a76)
- 如果是有单位元的环,则
![{\displaystyle \left\langle a\right\rangle =\left\{\sum _{k=1}^{m}x_{k}ay_{k}|x_{k},y_{k}\in R,m\in Z,m>0\right\}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c2ff55ed93f646f85686ae8d8313642a94eb59d6)
- 如果是有单位元的交换环,则
![{\displaystyle \left\langle a\right\rangle =\left\{sa|s\in R\right\}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/923a0386c3abd5aee748d499524685ae4bbd6767)
- 真理想:若I是环R的理想,且I是R的真子集,I称为R的真理想。
- 极大理想:环R的一个真理想I被称为R的极大理想,若不存在其他真理想J,使得I是J的真子集。
- 极大左理想:设I是环R的左理想,若I ≠ R并且在I与R之间不存在真的左理想,则称I是环R的一个极大左理想。极大左理想与极大理想之间有如下关系:
- 如果I是极大左理想,又是双边理想,则I是极大理想。
- 极大理想未必是极大左理想。
- 单环:在幺环中,若零理想是其极大理想,称该环为单环。
- 除环是单环,其零理想是极大理想。
- 域是单环。
- 在整数环Z中,由p生成的主理想是极大理想的充分必要条件是:p是素数。
- 设R是有单位元1的交换环。理想I是R的极大理想的充分且必要条件是:商环R / I是域。
- 设I是环R的左理想,则I是R的极大左理想的充分必要条件是对R的任意一个不含在I中的左理想J都有I+J=R。
- 素理想:环R的真理想I被称为素理想,若∀R上的理想A,B,有AB ⊆ I ⇒ A ⊆ I或B ⊆ I。
- 素环:若环R的零理想是素理想,则称R是素环(或质环)。
- 无零因子环是素环。
- 在交换环R中,真理想I是素理想的充要条件是:R / I是素环。
- 准素理想:环R的真理想I。若∀R上的理想P,有P2 ⊆ I ⇒ P ⊆ I,称I是R的准素理想。
- 准素理想是一类比素理想相对较弱的理想。素理想是准素理想,反之不成立。
- Atiyah, M. F. and Macdonald, I. G., Introduction to Commutative Algebra, Perseus Books, 1969, ISBN 0-201-00361-9
- Lang, Serge. Undergraduate Algebra Third. Springer-Verlag. 2005. ISBN 978-0-387-22025-3.
- Michiel Hazewinkel, Nadiya Gubareni, Nadezhda Mikhaĭlovna Gubareni, Vladimir V. Kirichenko. Algebras, rings and modules. Volume 1. 2004. Springer, 2004. ISBN 1-4020-2690-0
- Milnor, John Willard, Introduction to algebraic K-theory, Annals of Mathematics Studies 72, Princeton, NJ: Princeton University Press, 1971, MR 0349811, Zbl 0237.18005
- ^ 1.0 1.1 John Stillwell. Mathematics and its history. 2010: 439.
- ^ Harold M. Edwards. Fermat's last theorem. A genetic introduction to algebraic number theory. 1977: 76.
- ^ Everest G., Ward T. An introduction to number theory. 2005: 83.