3. Định giá
1. Định giá trên một vành
Cho là một nhóm giao hoán được sắp thứ tự toàn phần viết theo lối cộng. Trong phần còn lại của chương này, đối với một nhóm như vậy, ta sẽ phải xét tập hợp thu được bằng cách thêm vào một phần tử ký hiệu là ta sẽ ký hiệu tập hợp này bởi và sẽ trang bị cho nó: (1) một thứ tự toàn phần mà đối với thứ tự đó là phần tử lớn nhất, nói cách khác, sao cho với mọi (2) một cấu trúc mônôit giao hoán mà luật của nó cảm sinh trên luật nhóm đã cho và được xác định bởi các đẳng thức
với mọi ; ta kiểm tra ngay lập tức được rằng luật này là kết hợp và giao hoán và rằng quan hệ trong kéo theo với mọi .
Định nghĩa 1
Cho là một vành (không nhất thiết giao hoán) và là một nhóm giao hoán được sắp thứ tự toàn phần viết theo lối cộng. Một định giá trên nhận giá trị trong là mọi ánh xạ thỏa mãn các điều kiện sau:
(VL_I) với . (VL_{II}) với . (VL_{III}) và .
Nếu không có ước của không nào khác 0, thì ánh xạ duy nhất từ vào sao cho với và là một định giá, gọi là định giá không chính quy trên . Nếu sao cho đối với một số nguyên , thì, theo (VL_I), và do đó đối với mọi định giá trên , vì là một nhóm được sắp thứ tự toàn phần. Đặc biệt , do đó với mọi . Hơn nữa, từ (VL_I) suy ra rằng với mọi trong . Nếu khả nghịch trong , thì .
Mệnh đề 1
Cho là một định giá trên một vành (không nhất thiết giao hoán). Với mọi phần tử (),
Hơn nữa, nếu tồn tại một chỉ số duy nhất sao cho , thì hai vế của (1) bằng nhau. Đặc biệt, nếu , thì .
Quan hệ (1) suy ra từ tiên đề (VL_{II}) bằng quy nạp theo . Nếu tồn tại một chỉ số duy nhất sao cho , thì, viết và , ta có và theo (1); nếu , quan hệ sẽ cho , điều này vô lý; do đó , điều này chứng minh mệnh đề thứ hai.
Hệ quả
Nếu một dãy hữu hạn các phần tử của (với ) thỏa mãn , thì tồn tại ít nhất hai chỉ số phân biệt sao cho
Nếu chỉ có một chỉ số duy nhất sao cho , thì Mệnh đề 1 sẽ cho thấy rằng , do đó với mọi , trái với quan hệ và giả thiết đặt ra trên .
Nhận xét (1) Nếu là một phép định giá trên và là một đồng cấu từ một vành vào , thì ngay lập tức thấy rằng ánh xạ hợp thành là một phép định giá trên nhận giá trị trong .
(2) Các điều kiện (VL) và (VL) cho thấy ngay lập tức rằng tập hợp là một iđêan hai phía trong phân biệt với do (VL); hơn nữa, nếu là hai phần tử của sao cho , thì suy ra từ (VL,) rằng tất yếu hoặc ; nói cách khác, vành thương không có ước của 0 nào khác ngoài 0; ta kiểm tra ngay lập tức được rằng ánh xạ dẫn xuất từ bằng cách chuyển qua thương là một phép định giá trên , ảnh ngược của theo phép định giá này thu về 0.
2. Các phép định giá trên một trường
Mệnh đề 2
Cho là một trường (không nhất thiết giao hoán) và là một định giá trên nhận giá trị trong . Khi đó: (i) Với , . (ii) Tập hợp các sao cho là một vành con của . (iii) Với mọi trong , tập hợp , (tương ứng ) các sao cho (tương ứng ) là một iđêan hai phía của và mọi iđêan (trái hoặc phải) của đều chứa trong số các . (iv) Tập hợp các sao cho là iđêan lớn nhất trong ; là tập hợp các phần tử khả nghịch của và là một trường (không nhất thiết giao hoán). (v) Với mọi , ta có .
Mệnh đề (i) suy ra từ sự kiện rằng là một iđêan của không bằng . Việc kiểm tra rằng là một vành và rằng , và là các iđêan hai phía là tầm thường do các tiên đề (VL), (VL) và (VL). Nếu là một iđêan (trái, chẳng hạn) của và thuộc , mọi sao cho đều có thể viết được dưới dạng với , do đó và vì thế ; nói cách khác, iđêan trái chứa với . Tập hợp là tập hợp các sao cho ; nếu , thì
(resp. , ) được gọi là vành (resp. iđêan, trường thặng dư) của giá trị trên .
Rõ ràng U(A) là hạt nhân của đồng cấu và ảnh dưới của nhóm nhân là một nhóm con của nhóm cộng , được gọi là nhóm cấp hoặc nhóm giá trị của , do đó đẳng cấu với ; với , phần tử của đôi khi được gọi là giá trị hoặc cấp của đối với . Hai giá trị trên được gọi là tương đương nếu chúng có cùng một vành.
Mệnh đề 3
Để hai giá trị trên một trường (không nhất thiết giao hoán) là tương đương, điều kiện cần và đủ là tồn tại một đẳng cấu từ nhóm có thứ tự lên nhóm có thứ tự sao cho .
Giả sử và là tương đương; theo giả thiết, vành của định giá trùng với vành của , và (hạn chế trên ) phân tích thành các đồng cấu , , trong đó và là các đẳng cấu; hơn nữa, tập các phần tử dương của (tương ứng ) là ảnh qua (tương ứng ) của tập các lớp modulo của các phần tử của ; ta kết luận rằng giải được bài toán, chiều đảo lại hiển nhiên.
Giả sử nay là một trường giao hoán; khi đó, với mọi định giá trên , vành của định giá là một vành định giá của theo nghĩa của § 1, no. 2, Định nghĩa 2 (điều này biện minh cho thuật ngữ); điều này suy ra ngay lập tức từ Mệnh đề 2 (c) và § 1 no. 2, Định lý 1 (c). Ngược lại, nhắc lại rằng với mọi miền nguyên có trường phân thức là thì quan hệ chia hết (tương đương với ) làm cho thành một nhóm tiền thứ tự, mà nhóm có thứ tự liên kết là thương của theo nhóm gồm các phần tử khả nghịch của , các phần tử dương của nhóm này là các phần tử của (trong đó ); ánh xạ xác định, bằng cách chuyển qua thương, một đẳng cấu của nhóm có thứ tự lên nhóm (được sắp thứ tự bởi quan hệ ) các iđêan phân thức chính khác không của (Đại số, Chương VI, § 1, no. 5). Các vành có trường phân thức và sao cho nhóm được sắp thứ tự toàn phần chính xác là các vành định giá của K (§ 1, no. 2, Định lý 1 (d)). Nếu ký hiệu đồng cấu chính tắc của lên , thì hiển nhiên (được mở rộng bởi ) là một định giá (gọi là chính tắc) trên mà vành của nó là ; mọi định giá tương đương với có thể viết , trong đó là một đẳng cấu của lên một nhóm con của nhóm mà nhận giá trị của nó (Mệnh đề 3); được gọi là phân tích chính tắc của .
Mệnh đề 4
Cho là một miền nguyên, là trường phân thức của nó, và là một định giá trên . Khi đó tồn tại một định giá duy nhất trên mở rộng và là nhóm con của sinh bởi .
Theo Định lý 2 của Algebra, Chương I, § 2, no. 7, tồn tại một đồng cấu duy nhất từ vào mở rộng và được sinh bởi . Còn phải chứng minh rằng thỏa mãn tiên đề (VL,,). Khi đó, cho sao cho ; tồn tại sao cho và , do đó . Vì hạn chế của lên thỏa mãn (VL),
Khử ở hai vế, ta được
3. Chuyển dịch
Cho là một trường (giao hoán), là một vị trí của , là một định giá trên và là một vành định giá của . Ta sẽ nói rằng và là liên kết nếu là vành của và là vành của . Theo no. 1 và § 2, no. 3, khi đó mỗi một trong ba đối tượng , và xác định hai đối tượng kia (xét đến một tương đương theo như đối với các vị trí và các định giá). Đặc biệt, có các tương đương sau:
Mọi kết quả liên hệ với các vành định giá, các vị trí hoặc các định giá đều có thể được chuyển dịch thành một kết quả liên hệ với hai khái niệm kia. Như vậy Mệnh đề 4 của § 2, no. 4 cho:
Mệnh đề 5
Cho là một trường, là một định giá trên và là một mở rộng của . Tồn tại một định giá trên mà hạn chế của nó lên tương đương với .
Cho và là các nhóm giá trị của và . Vì hạn chế của lên là tương đương với , nên tồn tại một đẳng cấu từ lên một nhóm con của , sao cho trên . Nếu được đồng nhất với nhờ , thì thấy rằng mở rộng .
Lưu ý rằng nói chung khác với và lớp tương đương của không nhất thiết là duy nhất. Chúng ta sẽ trở lại với điều này ở § 8.
Dịch Định lý 3 của § 1, no. 3 (hoặc Mệnh đề 6 của § 2, no. 5), ta thu được:
Mệnh đề 6
Cho là một trường, là một vành con của và là một phần tử của . Để nguyên trên , điều kiện cần và đủ là mọi định giá trên dương trên đều dương tại .
Từ nay trở đi, nói chung ta sẽ để cho người đọc công việc thực hiện những bản dịch tương tự như trên.
4. Các ví dụ về định giá
Các ví dụ về vành định giá được cho ở § 1, no. 4 cung cấp cho ta Ví dụ 1 đến 4 dưới đây:
Ví dụ (1) Mọi định giá trên một trường hữu hạn F đều là tầm thường, vì mọi phần tử của F* đều là một căn của đơn vị.
Ví dụ (2) Nếu K là một trường con của một trường K', thì hạn chế lên K của một định giá trên K' là một định giá trên K.
Ví dụ (3) Cho k là một trường và K = k((T)). Ánh xạ v gán cho mỗi chuỗi lũy thừa hình thức khác không bậc của nó (Đại số, Chương IV, § 5, no. 7) là một định giá trên K mà nhóm giá trị là Z và vành của nó là k[[T]]. Điểm tương ứng là đồng cấu chính tắc f: k[[T]] → k được mở rộng lên k((T)) bằng cách đặt f(u) = ∞ nếu u ∉ k[[T]].
Ví dụ (4) Cho A là một miền iđêan chính, K là trường phân thức của nó và p là một phần tử bất khả quy của A. Với x ∈ K* hãy ký hiệu v_p(x) là số mũ của p trong phân tích của x thành các phần tử bất khả quy (Đại số, Chương VII, § 1, no. 3, Định lý 2); hiển nhiên thấy rằng v_p là một định giá mà nhóm giá trị là Z và vành của nó là A_{A_p}. Theo Mệnh đề 3 của § 1, no. 4 ta do đó thu được, tới tương đương, mọi định giá trên K không tầm thường và dương trên A. Lấy A = Z ta thu lại các định giá p-adic trên Q (Tôpô đại cương, Chương IX, § 3, no. 2); những định giá này, tới tương đương, là những định giá duy nhất trên Q không tầm thường (§ 1, no. 4, Hệ quả 1 của Mệnh đề 3). Lấy A = k[X], với k là một trường, các định giá không tầm thường trên k(X) mà các hạn chế lên k là tầm thường là (tới tương đương): một mặt là các định giá v_P, với P chạy qua tập các đa thức bất khả quy đơn nhất của k[X], và mặt khác là định giá v được xác định bởi
cho P ∈ k[X] và Q ∈ k[X] (§ 1, no. 4, Hệ quả 2 của Mệnh đề 3); tất cả những định giá này hiển nhiên có Z làm nhóm giá trị và các trường thặng dư của chúng là các mở rộng đại số đơn sinh của k (Đại số, Chương V, § 3, no. 1).
Ví dụ (5) Ánh xạ P(X, Y) ↦ P(T, e^T) từ C[X, Y] vào C((T)) là đơn ánh (Hàm của một biến thực, Chương IV, §2, Mệnh đề 9) và do đó có thể được mở rộng thành một đẳng cấu từ C(X, Y) lên một trường con của C((T)). Hạn chế của định giá trên C((T)) được xác định trong Ví dụ 3 lên trường con này xác định một định giá trên C(X, Y) là tầm thường trên C, mà nhóm giá trị là Z và trường thặng dư của nó là C.
Mệnh đề 4 của no. 2 cho phép ta xây dựng một định giá mà nhóm giá trị và trường thặng dư của nó được cho trước:
Ví dụ (6) Cho Γ là một nhóm được sắp thứ tự toàn phần và k là một trường. Gọi Γ_+ là monoid các phần tử dương của Γ và C là đại số của Γ_+ trên k. Theo định nghĩa, C có một cơ sở (x_\alpha)_{\alpha \in \Gamma_-} trên k mà bảng phép nhân là x_\alpha x_\beta = x_{\alpha + \beta}. Nếu là một phần tử khác không của C, ta viết và ; kiểm tra ngay lập tức được rằng ánh xạ từ vào thỏa mãn các điều kiện (VL_I) và (VL_{II}) của no. 1 và rằng là một miền nguyên. Gọi là trường phân thức của và là định giá trên mở rộng (Mệnh đề 4, no. 2). Vì mọi phần tử của là hiệu của hai phần tử dương, nhận làm nhóm có thứ tự. Gọi là vành của và là iđêan cực đại của nó; ta sẽ chỉ ra rằng là tổng trực tiếp của và (được đồng nhất với ), điều này sẽ chứng minh rằng trường thặng dư của đẳng cấu với . Rõ ràng . Mặt khác, ký hiệu bởi iđêan của sinh bởi các với , mọi phần tử có định giá 0 trong có thể viết dưới dạng trong đó và ; khi đó
do đó và ; điều này chứng tỏ mệnh đề của ta.
Nếu , thì và phép dựng ở trên khi đó cho các định giá trên không chính quy trên , có nhóm có thứ tự là và có trường thặng dư là . Các định giá này phụ thuộc vào cấu trúc thứ tự được chọn trên . Chẳng hạn, có thể được cho thứ tự từ điển. Hoặc nữa, với một số vô tỉ , có thể được đồng nhất với một nhóm con của dưới đồng cấu (một đồng cấu đơn ánh vì là vô tỉ) và được cho thứ tự cảm sinh bởi thứ tự trên .
Các phép dựng khác của các định giá dùng Mệnh đề 4 của no. 2 sẽ được mô tả ở § 10.
5. Iđêan của một vành định giá
Định nghĩa 2
Tập G là một tập hợp có thứ tự. Một tập con của G được gọi là chặn trên nếu các quan hệ và kéo theo .
Cho là một trường, là một định giá trên , là vành của và là nhóm có thứ tự của . Với mỗi tập con trội , đặt là tập các sao cho . Rõ ràng là một A-môđun con của .
Mệnh đề 7
Ánh xạ là một song ánh tăng từ tập các tập con trội của lên tập các A-môđun con của .
Cho là một A-môđun con của . Tập các với là một tập con trội của . Mệnh đề 7 sẽ được chứng minh nếu các đẳng thức sau được chứng minh:
(2) với mọi tập con trội của ; (3) với mọi A-môđun con của .
Công thức (2) là dễ, vì với mọi , tồn tại sao cho . Khi đó hiển nhiên ; ngược lại, lấy và giả sử ;
khi đó và do đó tồn tại sao cho ; suy ra với , điều này chứng minh rằng và hoàn tất chứng minh.
Hệ quả
Cho là tập các phần tử dương trong . Ánh xạ là một song ánh từ tập các tập con trội của lên tập các iđêan của .
Vì , nên tương đương với .
Chẳng hạn iđêan cực đại bằng , trong đó ký hiệu tập các phần tử dương ngặt của .
6. Các định giá rời rạc
Định nghĩa 3
Cho là một trường (không nhất thiết giao hoán), một định giá trên và nhóm có thứ tự của . được gọi là rời rạc nếu tồn tại một đẳng cấu (tất yếu là duy nhất) từ nhóm có thứ tự lên . Gọi là phần tử của tương ứng với dưới đẳng cấu này; mọi phần tử của sao cho đều được gọi là một phần tử chuẩn hóa của . Một định giá rời rạc được gọi là chuẩn hóa nếu nhóm có thứ tự của nó là .
Ví dụ, định giá được xác định bởi một phần tử cực biên của một iđêan chính hoặc miền phân tích duy nhất, là một định giá rời rạc chuẩn hóa nhận làm phần tử chuẩn hóa. Đặc biệt, nếu là một trường, là vành của một định giá rời rạc trên nhận làm phần tử chuẩn hóa. Cho là một đa tạp giải tích phức liên thông chiều 1, trường các hàm phân hình trên và một điểm của ; tập hợp các f giải tích tại là vành của một định giá rời rạc ; để một hàm là một phần tử chuẩn hóa đối với , điều kiện cần và đủ là nó giải tích và không tại và tồn tại một lân cận của trong sao cho hạn chế của f lên là một đồng cấu từ lên một lân cận của gốc trong . Chính ví dụ này và các tương tự khác là nguồn gốc của từ "phần tử chuẩn hóa".
Mệnh đề 8
Cho là một trường (không nhất thiết giao hoán), một định giá rời rạc trên , vành của và một phần tử chuẩn hóa đối với . Các iđêan khác không của là hai phía và có dạng ().
Có thể giả sử rằng là chuẩn hóa, để . Với mọi , tồn tại một số nguyên sao cho và do đó ta có thể viết
trong đó là hai phần tử khả nghịch của vành ; do đó suy ra mệnh đề.
Mệnh đề 9
Cho là một miền nguyên địa phương khác với trường phân thức của nó. Các điều kiện sau là tương đương: (a) là vành của một định giá rời rạc. (b) là một miền iđêan chính. (c) Iđêan là chính và .
(d) là một vành Noether và là chính. (e) là một vành định giá Noether.
Mệnh đề 8 cho thấy rằng (a) suy ra (b), (d) và (e). Nếu là một miền iđêan chính, thì và mọi iđêan khác không của đều có dạng vì là địa phương (Algebra, chương VII, § 1, no. 3, Định lý 2); do đó ; điều này cho thấy rằng (b) suy ra (c). Mặt khác (d) suy ra (c) (chương III, § 3, no. 2, Hệ quả của Mệnh đề 5); theo Mệnh đề 2 của § 1, no. 4, (c) suy ra (a). Vậy các điều kiện (a), (b), (c), (d) là tương đương và suy ra (e). Cuối cùng giả sử (e) đúng và ta hãy chứng minh rằng (b) đúng; chỉ cần chứng minh bổ đề sau:
Bổ đề 1
Cho là một vành định giá. Mọi -môđun xoắn tự do sinh hữu hạn đều là tự do. Mọi iđêan sinh hữu hạn của đều là chính. Mọi -môđun xoắn tự do đều phẳng.
Cho là một -môđun xoắn tự do sinh hữu hạn và cho là các phần tử sinh của với số lượng tối thiểu; ta sẽ chứng minh rằng chúng độc lập tuyến tính. Nếu () là một quan hệ không tầm thường giữa các , thì một trong các , chẳng hạn , chia hết tất cả các phần tử còn lại vì tập các iđêan chính của được sắp thứ tự toàn phần theo bao hàm (§ 1, no. 2, Định lý 1); khi đó vì quan hệ là không tầm thường. Vì là xoắn tự do, ta có thể chia cho , tức là giả sử . Nhưng khi đó là một tổ hợp tuyến tính của , trái với tính cực tiểu của . Do đó là tự do.
Đặc biệt, mọi iđêan sinh hữu hạn của đều là chính, vì mọi phần tử của một hệ phần tử sinh của đều là bội của một trong các phần tử ấy. Mệnh đề 3 của chương I, § 2, no. 4 cho thấy mọi -môđun xoắn tự do đều phẳng.
Bài tập
Xem các bài tập cho § 3.