Bourbaki

§ 3. Các trường đại diện

1. Các vành địa phương có cùng đặc số

Cho A là một vành. Nhắc lại (A, V, p. 2) rằng đặc số của A được xác định khi A chứa một trường con. Nó bằng 0 khi và chỉ khi A chứa một trường con đẳng cấu với Q\mathbf{Q}; và bằng một số nguyên tố pp khi và chỉ khi ta có p1A=0p1_A = 0. Nếu đặc số của A được xác định, và nếu f:A→Bf : A \to B là một đồng cấu khác không của các vành, thì đặc số của B được xác định và nó bằng đặc số của A.

Cho A là một vành địa phương, với iđêan cực đại mm, và trường thặng dư kk.

a) Giả sử rằng kk có đặc số 0. Khi đó A chứa một trường và đặc số của A bằng 0. Thật vậy, đồng cấu chính tắc từ Z\mathbf{Z} vào A là đơn ánh, và với mọi số nguyên khác không nn, n1An1_A là khả nghịch trong A, vì nó không thuộc mm.

b) Giả sử rằng kk có đặc số p≠0p \neq 0. Khi đó A chứa một trường khi và chỉ khi p1A=0p1_A = 0. Trong trường hợp này đặc số của A bằng pp.

Giả sử rằng A là một vành địa phương nguyên, với trường phân thức K và trường thặng dư kk.

a’) Vành A chứa một trường con khi và chỉ khi các đặc số của kk và K bằng nhau. Trong trường hợp này, đặc số của A bằng đặc số của kk và K, và ta nói rằng A là một vành địa phương có cùng đặc số.

b’) Giả sử rằng các trường kk và K không có cùng đặc số. Khi đó tồn tại một số nguyên tố pp sao cho kk có đặc số pp. Vì ta có q1A≠0q1_A \neq 0 với mọi số nguyên tố q≠pq \neq p, nên trường K có đặc số 0. Khi đó ta nói rằng A là một vành địa phương có các đặc số khác nhau.

2. Một định lý nâng

Mệnh đề 1

Cho k0k_0 là một trường, A là một k0k_0-đại số là một vành địa phương tách và đầy đủ, K là một mở rộng con-k0k_0 của κA\kappa_A có một cơ sở siêu việt tách được (ξλ)λ∈Λ(\xi_{\lambda})_{\lambda \in \Lambda} trên k0k_0 (A, V, p. 130, déf. 1). Với mỗi λ∈Λ\lambda \in \Lambda, gọi xλx_{\lambda} là một đại diện của ξλ\xi_{\lambda} trong A. Tồn tại duy nhất một trường con L của A, chứa k0k_0 và các phần tử xλx_{\lambda}, sao cho đồng cấu chính tắc π\pi từ A lên κA\kappa_A cảm sinh một đẳng cấu của L lên K.

Gọi φ\varphi là k0k_0-đồng cấu của vành đa thức k0[(Xλ)λ∈Λ]k_0[(X_{\lambda})_{\lambda \in \Lambda}] vào A biến XλX_{\lambda} thành xλx_{\lambda} với mọi λ∈Λ\lambda \in \Lambda. Gọi uu là một phần tử khác không của k0[(Xλ)λ∈Λ]k_0[(X_{\lambda})_{\lambda \in \Lambda}]; ta có π(φ(u))≠0\pi(\varphi(u)) \neq 0, bởi vì họ (ξλ)λ∈Λ(\xi_{\lambda})_{\lambda \in \Lambda} là tự do đại số trên k0k_0 trong κA\kappa_A; do đó, φ(u)\varphi(u) là khả nghịch trong vành địa phương A. Suy ra rằng φ\varphi mở rộng thành một đồng cấu ψ\psi của trường k1=k0((Xλ)λ∈Λ)k_1 = k_0((X_{\lambda})_{\lambda \in \Lambda}) vào A. Khi đó A là một k1k_1-đại số, κA\kappa_A là một mở rộng của k1k_1 và K là một mở rộng con của κA\kappa_A là đại số và tách được trên k1k_1. Còn phải chứng minh rằng tồn tại duy nhất một trường con L của A chứa ψ(k1)\psi(k_1) và sao cho π(L)=K\pi(L) = K.

a) Sự tồn tại của L: Gọi S là tập hợp các trường con L của A, chứa ψ(k1)\psi(k_1) và sao cho π(L)⊂K\pi(L) \subset K; nó là quy nạp đối với quan hệ bao hàm. Gọi L là một phần tử cực đại của S; ta xem K như một mở rộng (đại số và tách được, theo A, V, p. 40, mệnh đề 9) của L. Gọi ξ∈K\xi \in K và gọi P∈L[X]P \in L[X] là đa thức tối tiểu của nó trên L. Vì ξ\xi là một nghiệm đơn của P, bổ đề Hensel (III, § 4, no. 5, hệ quả 1 của định lý 2) đảm bảo sự tồn tại của một phần tử x của A sao cho π(x)=ξ\pi(x) = \xi và P(x)=0P(x) = 0. Vành con L[X]L[X] của A thuộc S; do tính chất cực đại của L, do đó ta có x∈Lx \in L, do đó ξ∈π(L)\xi \in \pi(L). Cuối cùng ta có π(L)=K\pi(L) = K.

b) Tính duy nhất của L: Gọi L và L’ là hai trường con của A chứa ψ(k1)\psi(k_1) và sao cho π(L)=π(L′)=K\pi(L) = \pi(L') = K. Gọi ξ∈K\xi \in K, và gọi x∈Lx \in L và x′∈L′x' \in L' là các phần tử sao cho π(x)=π(x′)=ξ\pi(x) = \pi(x') = \xi. Nếu P∈k1[X]P \in k_1[X] là đa thức tối tiểu của ξ\xi trên k1k_1, thì ξ\xi là một nghiệm đơn của P, và ta có P(x)=P(x′)=0P(x) = P(x') = 0. Theo bổ đề Hensel (loc. cit.) ta có x=x′x = x'. Do đó L=L′L = L'.

Nhận xét

\* Chứng minh trước đây áp dụng tổng quát hơn cho trường hợp người ta chỉ giả thiết rằng A là một vành địa phương hensel*. Chứng minh tính duy nhất sử dụng giả thiết rằng vành địa phương A là tách được, nhưng không sử dụng giả thiết rằng nó đầy đủ.

3. Các trường đại diện

Định nghĩa 1

Cho A là một vành địa phương. Một trường đại diện của A là bất kỳ trường con K nào của A sao cho đồng cấu chính tắc của A lên κA\kappa_A cảm sinh một đẳng cấu của K lên κA\kappa_A (nói cách khác, sao cho A=K+mAA = K + m_A).

Một trường đại diện của A chỉ có thể tồn tại nếu A có một đặc số. Điều kiện này là đủ khi A là tách được và đầy đủ. Chính xác hơn, ta có định lý sau:

Định lý 1

Cho A là một vành địa phương tách được và đầy đủ có đặc số p.

a) Giả sử p=0p = 0 và (xλ)λ∈Λ(x_\lambda)_{\lambda \in \Lambda} là một họ các phần tử của A mà các lớp của chúng modulo mAm_A tạo thành một cơ sở siêu việt của κA\kappa_A trên Q\mathbf{Q}. Có một trường đại diện duy nhất của A chứa các phần tử xλx_\lambda.

b) Giả sử p≠0p \neq 0. Cho (xλ)λ∈Λ(x_\lambda)_{\lambda \in \Lambda} là một họ các phần tử của A mà các lớp của chúng modulo mAm_A tạo thành một cơ sở p của κA\kappa_A (A, V, p. 95). Có một trường đại diện duy nhất của A chứa các phần tử xλx_\lambda. Nó là một vành con Cohen của A.

Giả sử rằng ta có p=0p = 0, sao cho A là một Q\mathbf{Q}-đại số. Mọi cơ sở siêu việt của κA\kappa_A trên Q\mathbf{Q} đều là tách được, nên mệnh đề a) suy ra từ mệnh đề 1 của no. 1 áp dụng cho trường hợp k0=Qk_0 = \mathbf{Q}, K=κAK = \kappa_A.

Bây giờ giả sử rằng ta có p≠0p \neq 0. Khi đó ta có p1A=0p1_A = 0, và mọi vành con Cohen C của A thỏa mãn pC=0pC = 0. Nói cách khác, có sự đồng nhất giữa các khái niệm trường đại diện và vành con Cohen của A. Mệnh đề b) khi đó suy ra từ § 2, no. 2, định lý 1.

Hệ quả 1

Cho AA là một vành địa phương tách được và đầy đủ, có trường thặng dư là một mở rộng đại số của Q\mathbf{Q}. Khi đó tồn tại một trường đại diện duy nhất của AA. Thật vậy vành AA có đặc số 0 (no. 1).

Hệ quả 2

Cho AA là một vành địa phương tách được và đầy đủ có đặc số p≠0p \neq 0. Giả sử rằng trường thặng dư κA\kappa_A là hoàn hảo. Khi đó tồn tại một trường đại diện duy nhất của AA, cụ thể là tập hợp các đại diện nhân. Hệ quả 2 suy ra ngay lập tức từ định lý 1 và mệnh đề 7 của § 2, no. 4.

Định lý 2

Cho AA là một vành địa phương Noether đầy đủ có chiều dd chứa một trường. Cho KK là một trường hệ số của AA, và cho mm là chiều của không gian vectơ mA/mA2m_A/m_A^2 trên trường KK. a) Tồn tại một iđêan aa của K[[T1,...,Tm]]K[[T_1, ..., T_m]] sao cho đại số KK AA là đẳng cấu với K[[T1,...,Tm]]/aK[[T_1, ..., T_m]]/a. b) Tồn tại một đại số con-KK A′A' của AA, đẳng cấu với K[[T1,...,Td]]K[[T_1, ..., T_d]] và sao cho AA là một đại số hữu hạn trên A′A'. c) Giả sử vành địa phương Noether AA là chính quy, tức là d=md = m. Khi đó tồn tại một KK-đẳng cấu từ AA lên K[[T1,...,Td]]K[[T_1, ..., T_d]]. Cho t1,...,tmt_1, ..., t_m là các phần tử của mAm_A mà các lớp của chúng modulo mA2m_A^2 sinh không gian vectơ mA/mA2m_A/m_A^2 trên KK. Theo bổ đề 3 của § 2, No. 5, tồn tại một đồng cấu KK toàn ánh từ K[[T1,...,Tm]]K[[T_1, ..., T_m]] vào AA, ánh xạ TiT_i thành tit_i với 1≤i≤m1 \leq i \leq m. Điều này chứng minh aa. Tương tự, mệnh đề bb suy ra từ bổ đề 4 của cùng chỗ đã dẫn và từ sự tồn tại của một dãy cát tuyến cực đại đối với AA (VIII, § 3, No. 2, Định lý 1). Cuối cùng, mệnh đề cc không gì khác ngoài hệ quả 3 của Định lý 1 của VIII, § 5, No. 2.

Bài tập

Xem các bài tập cho § 3.

Bản dịch máy từ tiếng Anh, bởi gpt-5-6-mini, theo bảng thuật ngữ phiên bản 34. Chưa được người kiểm tra. Mô hình này là bản rút gọn của mô hình đã viết phần còn lại của ngôn ngữ này.