交换环

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乘法适合交换律的环。对交换环只有“理想”、“零化子”、“零因子”、“极小(大)条件”等定义,而不区分“左”“右”。无零因子的交换环叫做整环。数环与域F上的多项式F[x]都是整环。整环不一定有单位元素,如偶数环。整环上的多项式环仍为整环。

R为有正则元的交换环。如果SR中一些正则元作成的乘法封闭集合(即S中任二元素之积仍在S中),那么R可扩张成一个有单位元素的交换环

叫做R关于S的分式环,使S的元素在垪中恒有逆元素。特别地,当SR中所有正则元作成的子集时(此时S自然地成为乘法封闭集合),垪 就简称为R的分式环。又如果R是整环,那么R的分式环必为域,特称为R的分式域(或商域)。如整数环的分式域便是有理数域。

局部化

R是一个有单位元素e的交换环。它一定含有极大理想。所谓极大理想,是指R的一个理想N,满足条件:N<R,且NR之间不能再介入R的其他理想。R的一个理想N是极大理想,必要而且只要,剩余类环R/N是域。当R只含一个极大理想时,就称之为局部环;当R只含有限多个极大理想时,就称之为半局部环。设PR的一个质理想,SPR中的余集,在中视为同一元素,必要而且只要,有使。于是可把S-1R定义成一个交换环,特记为Rp,并称为RP处的局部化。它是局部环并以PRp为惟一的极大理想。如果对每个环R来说,R具有某个性质,必要而且只要对R的每个质理想PRp恒具有该性质,那么环的该性质称为局部性质。若要检验某环R是否具有某个局部性质,则只要检验每个Rp即可。由于RpR的结构简单,因此由局部特性来掌握整体特性是一个有效的手段。

高斯环

R中有α=bс,则b称为α的一个因子,自然,с也是α的一个因子。或者α称为b的倍元,也称为b整除α,记为b|α。显然单位元素e是任意元素的因子,零元素θ是任意元素的倍元。R中一个有逆元素的元素,也称为R中的一个单位。例如,单位元素e就是一个单位;在整数环中,1与-1是仅有的两个单位;在多项式环F[x]中,一个元素为单位,必要而且只要,它是零次多项式(即域F中的非零元素)。环R中两个非零元素αb如果能互相整除,即αbb|α,那么就说αb相通。两个非零元素αb是相通的,必要而且只要,有R中的单位δ使α=bδ。如果非零元素α=bс,且b与с均非单位,那么就说bα的一个真因子(自然,с也是α的一个真因子)。如果非零元素α不是单位,且无真因子,那么就说α是一个不可约元素。如果非零元素p不是单位,且具有“当pαb时,必有p|αp|b”之性质,那么就说p是一个质元素。R中的质元素恒为不可约元素,但是反过来说就未必正确。例如在数环中,2是不可约元素但非质元素,因有,而 。环R中的元素с若既是α的因子又是b的因子,则с称为αb的一个公因子。如果αb的一个公因子d具有“αb的任意公因子恒为d的因子”之性质,那么就说dαb的一个最高公因子。一般说来,两个元素未必有最高公因子。例如在上述的环中,6与()就没有最高公因子。所谓高斯环或惟一分解整环,是指有e的整环R,其中每个非单位αθ均可惟一地分解成一些质元素pi的乘积。所谓惟一性,意即若,其中诸piqj均为质元素,则必m=n,且可排因子的次序使piqi相通(i=1,2,…,n)。有e的整环R是高斯环,必要而且只要满足下列条件①与②或①与③:

(1)R中真因子的降链α1α2,…必止于有限处,即从任意非零非单位α1开始,若α1有真因子α2α2又有真因子α3,如此下去,到某步必得出一个不可约元素,设其为αn,于是真因子的降链α1α2,…即到αn为止。

(2)R中的不可约元素恒为质元素。

(3)R中任意两个不全为零的元素恒有最高公因子。

R为高斯环,则R[x]亦然。于是域F上的多项式环F[x1x2,…,xn]恒为高斯环。如果有e的整环R的理想恒为主理想(即由一个元素生成的理想),那么就说R是一个主理想环。有e的整环R是一个主理想环,必要而且只要满足上述条件①与如下的条件④:R中任意不全为零的αb恒有一个形式上为αs+bt的最高公因子。因此,主理想环恒为高斯环,但是反之则未必然。设R为有e的整环。如果对R中每个非零元α,恒有非负整数‖α‖与之相应,并对R中任意αb(αθ),恒有qrR使 b=+r,且r=θ或者‖r‖<‖α‖,那么就说R是一个欧氏环。欧氏环恒为主理想环,但是反之则未必然。整数环I为欧氏环,从而为主理想环,但是多项式环I[x]仅为高斯环,而非主理想环。

诺特

一个交换环R的所有幂零元素构成R的一个理想K,称为R的克德根或幂零根。如果一个交换环除幂零元素外,不再含其他的零因子,便称为准整环。整环显然为准整环。设R是一个交换环。R的一个理想P为素理想,必要而且只要R/P为整环;R的一个理想Q叫做准素理想,如果R/Q为准整环;R的一个理想A叫做可分解的,如果有R的理想BC,使A<BA<CA=BC,否则便说A是不可分解的;R的素理想恒为不可分解的;当R为诺特环(即其理想满足极大条件)时,R的不可分解的理想恒为准素理想,R的克德根必为幂零理想;当R为准整环时,R的克德根必为素理想。设Q为交换环R的任意一个准素理想,于是垪 =R/Q为准整环,其克德根噖为素理想,从而为整环。由R~垪,及垪~易知,R,设此同态映射之核为P,则由R/P知,PR的一个含Q的素理想,它是由Q所惟一确定的,叫做与Q相伴的素理想,而Q则叫做属于P的一个准素理想。属于同一个素理想P的两个准素理想的交仍为属于P 的一个准素理想。由此便可引出诺特环中著名的交的惟一分解定理:在诺特环中,每个理想A均可分解为有限个准素理想Q1Q2,…,Qr的交,使与诸Qi相伴的素理想Pi是彼此不同的,即此交不能够缩短,记为 又若A再分解为诸准素理想Q壟的不能够缩短的交,则必有r=s,且可排诸Q壟的次序使与Q壟相伴的素理想恰为Pi(i=1,2,…,r)。关于诺特环还有希尔伯特定理:如果R是有e的诺特环,则多项式环R[x]亦然。

(A.)E.诺特于1921年引进一般的满足极大条件的交换环而研究其理想论,这是由于代数几何的发展而需要研究多项式环的理想理论,后者的主要问题是判断一个多项式ƒ是否属于一个给定的理想。此判断方法是通过把理想分解成准素分支而实现的。

维数

是环R中的素理想链,s称为此链的长度,R中所有的素理想链的长度的最大值(可能是无限)叫做R的维数,记为dimR。当R为诺特局部环以M为其惟一极大理想时,对每个属于M的准素理想Q,以δ(Q)表生成Q的最少元数,再以δ(R)表诸δ(Q)中的最小值,则有dimR =δ(R)。又若M恰可由δ(R)个元素生成,则称R为正则诺特局部环。

戴德金

R为有e的整环,F为其分式域,而且R<F(即R非域)。F的一个子集X如果满足:

(1)XF作为加法群的一个子群;

(2)当αRxX时,有αxX(即RXX);

(3)有βFβθ使βXR,则说XR的一个分式理想。环R的理想显然均为R的分式理想,也可叫做R的整理想。F中的一个元素δ如果是R上首项系数为e(一般不写出来)的多项式 的根,则说δ是R上的一个整元素。如果在F中,R上的整元素恒在R中,则说R是整闭的,如同R的两个整理想AB可以相乘而得积AB仍为R的整理想一样,可以定义R的任意两个分式理想XY的乘法,而且积XY仍为R的一个分式理想。易知此乘法适合交换律与结合律,又R自己作为一个整理想(自然也是R的一个分式理想)与R的任何分式理想X相乘时,由于Re,就恒有RX=X,故R的全部分式理想在乘法下构成一个有单位元素的交换半群,特别,其中所有非零分式理想又构成一个有单位元素的交换子半群。如果这个子半群还是一个子群,就说R容许理想理论。有e的整环R如果满足下列条件就叫做一个戴德金环:R的每个非零理想A恒可表为R的一些素理想Pi的乘积,A=,且除诸Pi的次序外,此表法是惟一的。

戴德金环的主要定理有两个。其一,有e的整环R为戴德金环,必要而且只要R满足下列三组等价条件之一:

(1)R容许理想理论。

(2)对R的非零(整)理想AB只要AB就有(整)理想C使A=BC;每个非零真(整)理想恒可惟一地表为有限个极大(整)理想之积。

(3)R为诺特环;R是整闭的;R 的非零素理想恒为极大理想。

其二,设R为有e的整环,F为其分式域,EF的有限扩张(见域),ΩE中所有在R上为整的元素作成的环。如果R为戴德金环,则Ω亦然。例如整数环R就是一个戴德金环。若E是有理数域F(即R的分式域)的一个有限扩张域,则E是一个代数数域,其中所有代数整数就组成一个环Ω,由于R是戴德金环,故Ω也是戴德金环。事实上。戴德金环的发生和发展就与代数数论有关,而且是从其中抽象出来的。

交换环是交换代数的主要研究对象。