Bourbaki

2. Miền Dedekind

1. Định nghĩa miền Dedekind

Cho AA là một miền nguyên. Rõ ràng các điều kiện sau là tương đương: (a) không có hai iđêan nguyên tố khác không nào của AA là so sánh được đối với quan hệ bao hàm; (b) các iđêan nguyên tố khác không của AA là cực đại; (c) các iđêan nguyên tố khác không của AA có chiều cao bằng 1.

Định nghĩa 1

Một miền Krull mà mọi iđêan nguyên tố khác không đều là cực đại được gọi là một miền Dedekind.

Trích dẫn đến 5

Trích dẫn đến Hệ quả 1, V § 2, Mệnh đề 12, VII § 1, Bài tập 12, § 1, Mệnh đề 11, II § 2, Mệnh đề 6, VII § 1

Các ví dụ về miền Dedekind (1) Mọi miền iđêan chính đều là một miền Dedekind. (2) Cho K là một mở rộng hữu hạn của Q\mathbf{Q} và A là bao đóng nguyên của Z\mathbf{Z} trong K. Vành A là một miền Krull (§ 1, no. 8, Mệnh đề 12). Cho p\mathfrak{p} là một iđêan nguyên tố khác không của A. Khi đó p∩Z\mathfrak{p} \cap \mathbf{Z} là khác không (Chương V, § 2, no. 1, Hệ quả của Mệnh đề 1) và do đó là một iđêan cực đại của Z\mathbf{Z}; do đó p\mathfrak{p} là một iđêan cực đại của A (loc. cit., Mệnh đề 1). Vậy A là một miền Dedekind. Nói chung, A không phải là một miền iđêan chính (Algebra, Chương VII, § 1, Bài tập 12). (3) \* Cho V là một đa tạp đại số afin và A là vành các hàm chính quy trên V. Giả sử rằng A không phải là một trường (tức là V không thu về một điểm). Để A là một miền Dedekind, điều kiện cần và đủ là V là một đường cong bất khả quy không có điểm kỳ dị: vì nói rằng A là một miền nguyên tương đương với nói rằng V là bất khả quy; nói rằng mọi iđêan nguyên tố khác không của A đều là cực đại tương đương với nói rằng A là một đường cong; sau cùng, vì A là Noether, nói rằng nó là một miền Krull tương đương với nói rằng nó đóng nguyên, nghĩa là V là một đường cong chuẩn tắc, hay cũng có nghĩa là nó không có điểm kỳ dị. \* (4) Một vành phân thức S−1AS^{-1}A của một miền Dedekind A là một miền Dedekind nếu 0∉S0 \notin S. Thật vậy, S−1AS^{-1}A là một miền Krull (§ 1, no. 4, Mệnh đề 6) và mọi iđêan nguyên tố khác không của S−1AS^{-1}A đều là cực đại theo Chương II, § 2, no. 5, Mệnh đề 11.

2. Các đặc trưng của miền Dedekind

Định lý 1

Cho A là một miền nguyên và K là trường phân thức của nó. Các điều kiện sau là tương đương: (a) A là một miền Dedekind; (b) A là một miền Krull và mọi định giá không suy biến trên K mà dương trên A đều tương đương với một định giá cốt yếu của A; (c) A là một miền Krull và mọi iđêan phân thức J≠(0)\mathfrak{J} \neq (0) của A đều là chia được; (d) mọi iđêan phân thức 3≠(0)3 \neq (0) của A đều khả nghịch; (e) A là một miền đóng nguyên Noether và mọi iđêan nguyên tố khác không của A đều là cực đại; (f) A là Noether và, với mọi iđêan cực đại m của A, AmA_m hoặc là một trường hoặc là một vành định giá rời rạc; (g) A là Noether và, với mọi iđêan cực đại m của A, AmA_m là một miền iđêan chính.

Trích dẫn đến 4 · Được trích dẫn bởi 6

Trích dẫn đến Hệ quả, VI § 1, VII § 1. Các miền Krull, Hệ quả 2, VII § 1, Hệ quả 3

Được trích dẫn bởi Mệnh đề 1, Hệ quả 2, Định nghĩa 1, VII § 3, Bổ đề 2, VII § 4, Bổ đề 4, VII § 4, Bổ đề 5, VII § 4

Trước hết ta chứng minh tính tương đương của (a) và (b). Hệ quả 2 của Định lý 3, § 1, no. 6, cho thấy ngay lập tức rằng (a) kéo theo (b). Ngược lại, (b) kéo theo (a), vì, với mọi iđêan nguyên tố pp của AA, tồn tại một vành định giá của KK trội hơn ApA_p (Chương VI, § 1, no. 2, Hệ quả của Định lý 2).

Phần còn lại của chứng minh được tiến hành bằng cách chứng minh các kéo theo sau:

(a)⇒(c)⇒(d)⇒(e)⇒(f)⇒(g)⇒(a). (a) \Rightarrow (c) \Rightarrow (d) \Rightarrow (e) \Rightarrow (f) \Rightarrow (g) \Rightarrow (a).

Nếu AA là một miền Dedekind và bb là một iđêan phân thức khác không, thì bAp=bApbA_p = bA_p với mọi iđêan cực đại pp (§1§ 1, no. 4, Mệnh đề 7) và do đó b=6b = 6 (Chương II, §3§ 3, no. 3, Hệ quả 3 của Định lý 1); vì thế (a) kéo theo (c).

Bây giờ ta chứng minh rằng (c) kéo theo (d). Nếu (c) đúng, ánh xạ a↦div⁡aa \mapsto \operatorname{div} a là một song ánh từ I(A)I(A) lên D(A)D(A) (xem §1§ 1, no. 1); vì nó là một đồng cấu (§1§ 1, no. 2) và D(A)D(A) là một nhóm, mọi phần tử của I(A)I(A) đều khả nghịch.

Ta chứng minh rằng (d) kéo theo (e). Nếu (d) đúng, mọi iđêan nguyên ≠(0)\neq (0) của AA đều sinh hữu hạn (Chương 11, §5§ 5, no. 6, Định lý 4) và do đó AA là Noether; vì I(A)I(A) là một nhóm, D(A)D(A) là một nhóm và vì thế AA hoàn toàn đóng nguyên (§1§ 1, no. 2, Định lý 1). Sau cùng, nếu pp là một iđêan nguyên tố khác không của AA và mm là một iđêan cực đại của AA chứa pp, thì vành AmA_{m} là một miền iđêan chính (Chương II, §5§ 5, no. 6, Định lý 4); vì pAmpA_m là nguyên tố và khác không, tất yếu pAm=mAmpA_m = mA_m (một miền iđêan chính là một miền Dedekind) do đó p=mp = m (Chương 11, §2§ 2, no. 5, Mệnh đề 11) và pp là cực đại.

Bây giờ ta chỉ ra rằng (e) suy ra (f). Nếu mm là một iđêan cực đại của AA và (e) đúng, thì AmA_{m} là một miền Noether nguyên đóng và iđêan cực đại mAmmA_m của nó hoặc là (0), hoặc là iđêan nguyên tố khác không duy nhất của AmA_{m}; do đó AmA_{m} là một trường hoặc một vành định giá rời rạc theo Mệnh đề 11 của §1§ 1, no. 7.

Việc (f) suy ra (g) là hiển nhiên.

Sau cùng ta chỉ ra rằng (g) suy ra (a). Vì AA là giao của các AmA_{m}, với mm chạy qua tập hợp các iđêan cực đại (Chương II, §3§ 3, no. 3, Hệ quả 4 của Định lý 1), (g) suy ra rằng AA là nguyên đóng và Noether và do đó AA là một miền Krull (§1§ 1, no. 3, Hệ quả của Định lý 2). Mặt khác, có thể chỉ ra rằng mọi iđêan nguyên tố khác không của AA đều cực đại như trong chứng minh rằng (d) ⇒\Rightarrow (e).

Mệnh đề 1

Một miền Dedekind nửa địa phương là một miền iđêan chính.

Trích dẫn đến 3 · Được trích dẫn bởi 3

Trích dẫn đến Mệnh đề 5 (Krull-Akizuki), Hệ quả 1, Định lý 1

Được trích dẫn bởi Bài tập 1, § 2, Bổ đề 2, VII § 4, Bổ đề 4, VII § 4

Cho AA là một miền Dedekind nửa địa phương, KK trường phân thức của nó, p1,…,pnp_1, \ldots, p_n các iđêan cực đại của nó và v1,…,vv_1, \ldots, v, các định giá cốt yếu tương ứng; đó là các định giá cốt yếu duy nhất của AA. Cho aa là một iđêan nguyên khác không của AA. Vì nó là một iđêan ước, tồn tại (§1§ 1, no. 4, Mệnh đề 5) các số nguyên q1,…,qnq_1, \ldots, q_n sao cho aa là tập hợp các x∈Kx \in K sao cho vi(x)≥qiv_i(x) \geq q_i với 1≤i≤n1 \leq i \leq n. Cho x0x_0 là một phần tử của KK sao cho vi(x0)=qiv_i(x_0) = q_i với 1≤i≤n1 \leq i \leq n (Chương VI, §7§ 7, no. 2, Hệ quả 1 của Định lý 1). Khi đó aa là tập hợp các x∈Kx \in K sao cho vi(xx0−1)≥0v_i(xx_0^{-1}) \geq 0 với 1≤i≤n1 \leq i \leq n. Vậy a=Ax0a = Ax_0.

Nếu AA là một miền Dedekind, trong chứng minh của Định lý 1 đã thấy rằng nhóm D(A) các ước của A được đồng nhất với nhóm I(A) các iđêan phân thức a≠(0)a \neq (0) (vì A là Noether, mọi iđêan phân thức khác không đều sinh hữu hạn). Khi đó nhóm lớp các ước C(A) của A (§1§ 1, no. 2) được đồng nhất với nhóm các lớp iđêan ≠0\neq 0 của A (được định nghĩa trong Chương II, §5§ 5, no. 7).

3. Phân tích các iđêan thành tích các iđêan nguyên tố

Cho A là một miền Dedekind, I(A) nhóm nhân có thứ tự của các iđêan phân thức khác không của A và D(A) nhóm các ước của A. Đẳng cấu a↦div⁡aa \mapsto \operatorname{div} a từ I(A) lên D(A) biến các ước cực biên thành các iđêan nguyên tố khác không của A (§1§ 1, no. 6, Định lý 3) và do đó nhóm nhân I(A) nhận tập hợp các iđêan nguyên tố khác không của A làm cơ sở (§1§ 1, no. 3, Định lý 2). Nói cách khác, mọi iđêan phân thức khác không a của A đều có một phân tích duy nhất dưới dạng:

a=∏ppn(p) a = \prod_p p^{n(p)}

trong đó tích lấy trên các iđêan nguyên tố khác không của A, các số mũ n(p)n(p) bằng không trừ ra đối với một số hữu hạn trong chúng. Hơn nữa a là nguyên khi và chỉ khi các n(p)n(p) đều dương. Quan hệ (1) được gọi là phân tích của a thành các nhân tử nguyên tố. Đặc biệt, nếu a là một iđêan chính AxAx, thì với mọi pp, n(p)=vp(x)n(p) = v_p(x), trong đó vpv_p ký hiệu định giá cốt yếu tương ứng với pp; điều này suy ra từ công thức (4) của §1§ 1, no. 3. Cho

a=∏ppm(p),b=∏ppn(p) a = \prod_p p^{m(p)}, \quad b = \prod_p p^{n(p)}

là hai iđêan phân thức khác không của A. Khi đó

ab=∏ppm(p)+n(p)(2) ab = \prod_p p^{m(p) + n(p)} \tag{2}
a:b=ab−1=∏ppm(p)−n(p)(3) a : b = ab^{-1} = \prod_p p^{m(p) - n(p)} \tag{3}
a+b=∏ppinf⁡(m(p),n(p))(4) a + b = \prod_p p^{\inf(m(p), n(p))} \tag{4}
a∩b=∏ppsup⁡(m(p),n(p))(5) a \cap b = \prod_p p^{\sup(m(p), n(p))} \tag{5}

Quan hệ (2) là hiển nhiên; quan hệ (3) suy ra từ đó, đẳng thức a:b=ab−1a : b = ab^{-1} suy ra từ đẳng thức

div⁡(a:b)=div⁡a−div⁡b \operatorname{div}(a : b) = \operatorname{div} a - \operatorname{div} b

(§1§ 1, no. 2, Hệ quả của Định lý 1); các công thức (4) và (5) suy ra từ Mệnh đề 2, §1§ 1, no. 1.

Các kết quả này áp dụng đặc biệt cho bao đóng nguyên của Z\mathbf{Z} trong một mở rộng hữu hạn của Q\mathbf{Q}.

Nếu AA là một miền iđêan chính, các kết quả trên lại cho các kết quả của Đại số, Chương VII, § 1, no. 3.

4. Định lý xấp xỉ cho các miền Dedekind

Trong các miền Dedekind có một "định lý xấp xỉ" làm mạnh cả Định lý 1 của Chương VI, § 7, no. 2 lẫn Mệnh đề 9 của § 1, no. 5:

Mệnh đề 2

Cho AA là một miền Dedekind, KK là trường phân thức của nó và PP là tập hợp các iđêan nguyên tố khác không của AA; với p∈Pp \in P gọi vpv_p là định giá cốt yếu tương ứng của AA. Cho p1,…,pqp_1, \ldots, p_q là các phần tử phân biệt của PP và n1,…,nqn_1, \ldots, n_q là các số nguyên hữu tỉ và x1,…,xqx_1, \ldots, x_q là các phần tử của KK. Khi đó tồn tại x∈Kx \in K sao cho vpi(x−xi)≥niv_{p_i}(x - x_i) \geq n_i với 1≤i≤q1 \leq i \leq q và vp(x)≥0v_p(x) \geq 0 với mọi p∈Pp \in P phân biệt với các pip_i.

Trích dẫn đến 2 · Được trích dẫn bởi 2

Trích dẫn đến Mệnh đề 5, II § 1, Mệnh đề 4, TG III § 3

Được trích dẫn bởi § 2. Miền Dedekind, Mệnh đề 3

Nếu cần, thay thế các nin_i bằng những số nguyên lớn hơn, có thể giả sử tất cả chúng đều dương. Trước hết ta xét trường hợp các xix_i thuộc AA; điều đó hiển nhiên quy về việc tìm một x∈Ax \in A thỏa mãn các đồng dư thức

x≡xi(modpini) x \equiv x_i \pmod{p_i^{n_i}}

và sự tồn tại của xx khi đó suy ra từ Chương II, § 1, no. 2, Mệnh đề 5.

Bây giờ ta chuyển sang trường hợp tổng quát. Ta có thể viết xi=s−1yix_i = s^{-1} y_i trong đó s,yis, y_i thuộc AA; viết x=s−1yx = s^{-1} y, điều đó quy về việc tìm một y∈Ay \in A sao cho, một mặt, vpi(y−yi)≥ni+vpi(s)v_{p_i}(y - y_i) \geq n_i + v_{p_i}(s) và, mặt khác, vp(y)≥vp(s)v_p(y) \geq v_p(s) với mọi p∈Pp \in P phân biệt với các pip_i; vì vp(s)=0v_p(s) = 0 trừ ra với một số hữu hạn chỉ số pp, như vậy bài toán được quy về trường hợp trên; do đó mệnh đề.

Mệnh đề 2 có thể được diễn giải như một định lý mật độ. Chính xác hơn, với mọi p∈Pp \in P, ký hiệu K^p\hat{K}_p (resp. A^p\hat{A}_p) là phép hoàn bị của KK (resp. AA) đối với định giá rời rạc vpv_p và xét tích ∏p∈PK^p\prod_{p \in P} \hat{K}_p; một phần tử x=(xp)x = (x_p) của tích này được gọi là một adèle hạn chế của AA nếu xp∈A^px_p \in \hat{A}_p với mọi p∈Pp \in P trừ ra một số hữu hạn phần tử. Rõ ràng tập hợp AA các adèle hạn chế là một vành con của ∏p∈PK^p\prod_{p \in P} \hat{K}_p, chứa vành tích A,=∏p∈PA^pA, = \prod_{p \in P} \hat{A}_p. Xét trên AA, tôpô tích, đối với tôpô này A,A, là đầy đủ; tồn tại trên AA một tôpô duy nhất T\mathscr{T} tương thích với cấu trúc nhóm cộng của nó và đối với đó các lân cận của 0 trong AA, lập thành một hệ cơ bản G\mathscr{G} các lân cận của 0. Tôpô T\mathscr{T} tương thích với cấu trúc vành trên AA; vì rõ ràng tiên đề (AVII) của General Topology, Chapter 111, § 6, no. 3, được thỏa mãn, tôpô cảm sinh bởi T\mathscr{T} trên A,A, tương thích với cấu trúc vành trên A,A,. Mặt khác, với mọi x∈Ax \in A tồn tại một tập con hữu hạn JJ của PP sao cho, nếu viết J′=P−J, KJ≤∏p∈JK^p, AJ′=∏p∈J′A^p,J' = P - J, \ K_J \leq \prod_{p \in J} \hat{K}_p, \ A_{J'} = \prod_{p \in J'} \hat{A}_p, thì x \in K_J \times A_{J'} và, vì A^p\hat{A}_p là mở trong K^p\hat{K}_p với mọi p, G\mathscr{G} là một hệ cơ bản các lân cận của 0 đối với tôpô tích trên KJ×AJ′K_J \times A_{J'}; vì tôpô sau tương thích với cấu trúc vành trên tích này, tiên đề (AV_1) của General Topology, Chapter III, loc. cit. cũng được thấy là thỏa mãn, điều đó chứng minh mệnh đề của chúng ta. Rõ ràng A, là một vành con mở của A và do đó A cũng là một vành đầy đủ (General Topology, Chapter III, § 3, no. 3, Proposition 4).

Với mọi x∈Kx \in K, ký hiệu Δ(x)\Delta(x) là phần tử (xp)∈∏p∈PK^p(x_p) \in \prod_{p \in P} \hat{K}_p sao cho xp=xx_p = x với mọi p∈Pp \in P; vì xp∈A^px_p \in \hat{A}_p trừ ra với một số hữu hạn giá trị của p, ta có Δ(x)∈A\Delta(x) \in A; như vậy ta đã xác định được một đồng cấu A:K→AA : K \to A là đơn ánh nếu P≠∅P \neq \varnothing (nghĩa là nếu A không phải là một trường); các phần tử của Δ(K)\Delta(K) được gọi là các adèle hạn chế chính và rõ ràng Δ(A)⊂A\Delta(A) \subset A.

Mệnh đề 3

Vành A, (resp. A ) được đồng nhất với phép hoàn bị của A (resp. K) đối với tôpô vành mà một hệ cơ bản các lân cận của 0 gồm tất cả các iđêan nguyên ≠(0)\neq (0) của A.

Trích dẫn đến 3 · Được trích dẫn bởi 1

Trích dẫn đến Mệnh đề 9, VII § 1, Mệnh đề 2, A III § 6. Đại số đối xứng

Được trích dẫn bởi Mệnh đề 4

Ngay lập tức thấy rằng tôpô đang xét trên A (hoặc K) là Hausdorff. Có tính đến no. 3, mệnh đề liên quan đến A, suy ra từ Chương 111, § 2, no. 13, mệnh đề 17. Do đó điều này cho thấy Δ(A)\Delta(A) trù mật trong A,; để thấy tương tự rằng Δ(K)\Delta(K) trù mật trong A, hãy chú ý rằng với mọi x=(xi)∈Ax = (x_i) \in A chỉ có hữu hạn p∈Pp \in P sao cho vp(xp)<0v_p(x_p) < 0; bởi § 1, no. 5, mệnh đề 9, vì thế tồn tại một s∈Ks \in K sao cho sxp∈A^psx_p \in \hat{A}_p với mọi p∈Pp \in P, nói cách khác Δ(s)x∈A\Delta(s)x \in A, và vì phép nhân bởi Δ(s)\Delta(s) là một đồng cấu từ A vào chính nó, chỉ cần áp dụng sự kiện rằng Δ(A)\Delta(A) trù mật trong A , để suy ra rằng Δ(K)\Delta(K) trù mật trong A.

Dĩ nhiên ta cũng có thể chứng minh rằng Δ(K)\Delta(K) trù mật trong A bằng cách dùng Mệnh đề 2.

Xét bây giờ nhóm nhân SL(n,A)\mathbf{SL}(n, A) gồm các ma trận U∈Mn(A)U \in \mathbf{M}_n(A) sao cho det⁡(U)=1\det(U) = 1; nếu Mn(A)=An2\mathbf{M}_n(A) = A^{n^2} được trang bị tôpô tích, thì nó cảm sinh trên SL(n,A)\mathbf{SL}(n, A) một tôpô tương thích với cấu trúc nhóm trên SL(n,A)\mathbf{SL}(n, A). Chỉ cần kiểm tra rằng ánh xạ U↦U−1U \mapsto U^{-1} là liên tục trên SL(n,A)\mathbf{SL}(n, A); nhưng vì U là đơn môđula, ta biết rằng (Đại số, Chương III, § 6, no. 5, công thức (17)) các phần tử của U−1U^{-1} là các phần bù đại số của U và do đó là các đa thức theo các phần tử của U, điều này chứng minh mệnh đề của chúng ta. Nếu K được đồng nhất với một vành con của A thông qua A, thì nhóm SL(n,K)\mathbf{SL}(n, K) là một nhóm con của SL(n,A)\mathbf{SL}(n, A).

Mệnh đề 4

Nhóm SL(n,K)\mathbf{SL}(n, K) là trù mật trong SL(n,A)\mathbf{SL}(n, A).

Trích dẫn đến 1

Trích dẫn đến Mệnh đề 3

Gọi G là bao đóng của SL(n,K)\mathbf{SL}(n, K) trong SL(n,A)\mathbf{SL}(n, A); vì K là trù mật trong A (Mệnh đề 3), nên G chứa mọi ma trận có dạng I+a.EijI + a . E_{ij} với i≠ji \neq j và a∈Aa \in A. Với mọi p∈Pp \in P và mọi λ∈K^p\lambda \in \hat{K}_p, gọi λ(p)\lambda(p) là adèle hạn chế x=(xq)q∈Px = (x_q)_{q \in P} sao cho xp=λx_p = \lambda và xq=0x_q = 0 với q≠pq \neq p; điều trên cho thấy G chứa các ma trận I+λ(p)EijI + \lambda(p)E_{ij} với i≠ji \neq j. Nhưng ta biết rằng các ma trận có dạng I+λEijI + \lambda E_{ij} với λ∈K^p\lambda \in \hat{K}_p sinh ra nhóm SL(n,K^p)\mathbf{SL}(n, \hat{K}_p) (Algebra, Chương 111). Với mỗi ma trận U∈SL(n,A)U \in \mathbf{SL}(n, A), ký hiệu UpU_p là ảnh chính tắc của UU trong SL(n,K^p)\mathbf{SL}(n, \hat{\mathbf{K}}_p); do đó ta thấy rằng, với mọi p∈Pp \in P, G chứa các ma trận U∈SL(n,A)U \in \mathbf{SL}(n, A) sao cho Uq=IU_q = I với mọi q#pq \# p. Vì GG là một nhóm, nó cũng chứa mọi ma trận U∈SL(n,A)U \in \mathbf{SL}(n, A) sao cho Up=IU_p = I trừ ra một số hữu hạn các p∈Pp \in P; bây giờ, định nghĩa của tôpô trên AA cho thấy ngay lập tức rằng tập hợp các ma trận ấy là trù mật trong SL(n,A)\mathbf{SL}(n, A).

5. Định lý krull-akizuki

Bổ đề 1

Cho AA là một miền Noether trong đó mọi iđêan nguyên tố khác không đều là cực đại và MM là một AA-môđun xoắn hữu hạn sinh. Khi đó độ dài long⁡A(M)\operatorname{long}_A(M) của MM là vô hạn.

Trích dẫn đến 1 · Được trích dẫn bởi 1

Trích dẫn đến Mệnh đề 7, IV § 2

Được trích dẫn bởi Bổ đề 3

Vì MM là một môđun xoắn, mọi iđêan nguyên tố liên kết với MM đều ≠(0)\neq (0) và do đó đều cực đại. Khi ấy bổ đề suy ra từ Chương IV, § 2, no. 5, Mệnh đề 7.

Bổ đề 2

Cho AA là một vành, TT một AA-môđun và (Ti)(T_i) một họ có hướng phải các môđun con của TT với hợp là TT. Khi đó long⁡A(T)=sup⁡i(long⁡A(Ti))\operatorname{long}_A(T) = \sup_i (\operatorname{long}_A(T_i)).

Được trích dẫn bởi 1

Được trích dẫn bởi Bổ đề 3

long⁡A(Ti)≤long⁡A(T)\operatorname{long}_A(T_i) \leq \operatorname{long}_A(T) với mọi ii. Bổ đề là hiển nhiên nếu không có số nguyên nào vượt quá các long⁡A(Ti)\operatorname{long}_A(T_i), khi đó cả hai vế đều là vô hạn. Nếu không, gọi i0i_0 là một chỉ số sao cho long⁡A(Ti0)\operatorname{long}_A(T_{i_0}) nhận giá trị lớn nhất của nó; khi đó Ti0=TT_{i_0} = T vì họ (Ti)(T_i) là có hướng; do đó mệnh đề của chúng ta trong trường hợp này.

Nhận xét

Chứng minh này không giả thiết rằng AA là giao hoán.

Bổ đề 3

Cho AA là một miền nguyên Noether sao cho mọi iđêan nguyên tố khác không &A\& A đều cực đại, MM một AA-môđun không xoắn hạng hữu hạn rr và một phần tử khác không của AA. Khi đó A/AaA/Aa là một AA-môđun có độ dài hữu hạn và:*

long⁡A(M/aM)≤r⋅long⁡A(A/Aa). \operatorname{long}_A(M/aM) \leq r \cdot \operatorname{long}_A(A/Aa).
Bổ đề 1 cho thấy rằng long⁡A(A/Aa)\operatorname{long}_A(A/Aa) là hữu hạn. Trước hết ta chứng minh (6) trong trường hợp MM là A-môđun hữu hạn sinh. Vì MM không xoắn và có hạng rr, tồn tại một môđun con LL của MM đẳng cấu với A′A' và sao cho Q=M/LQ = M/L là một AA-môđun xoắn sinh hữu hạn và do đó có độ dài hữu hạn (Bổ đề 1). Với mọi số nguyên n≥1n \geq 1, hạt nhân của toàn cấu chính tắc M/anM→Q/anQM/a^nM \to Q/a^nQ bằng (L+anM)/anM(L + a^nM)/a^nM và đẳng cấu với L/(anM∩L)L/(a^nM \cap L); vì
anL⊂anM∩L, a^nL \subset a^nM \cap L,
nên
long⁡A(M/anM)≤long⁡A(L/anL)+long⁡A(Q/anQ)≤long⁡A(L/anL)+long⁡A(Q). \operatorname{long}_A(M/a^nM) \leq \\ \operatorname{long}_A(L/a^nL) + \operatorname{long}_A(Q/a^nQ) \leq \operatorname{long}_A(L/a^nL) + \operatorname{long}_A(Q).
Bây giờ, vì MM không xoắn, phép nhân bởi aa xác định một đẳng cấu của

Trích dẫn đến 2 · Được trích dẫn bởi 1

Trích dẫn đến Bổ đề 1, Bổ đề 2

Được trích dẫn bởi Mệnh đề 5 (Krull-Akizuki)

M/aM lên aA/a^2M; tương tự đối với L; do đó, bằng quy nạp theo n, các công thức:

longA(M/anM)=n⋅longA(M/aM). \text{long}_A(M/a^nM) = n \cdot \text{long}_A(M/aM).
longA(L/anL)=n⋅longA(L/aL). \text{long}_A(L/a^nL) = n \cdot \text{long}_A(L/aL).

Tính đến (7) ta suy ra:

longA(M/aM)≤longA(L/aL)+n−1longA(Q) \text{long}_A(M/aM) \leq \text{long}_A(L/aL) + n^{-1}\text{long}_A(Q)

với mọi n>0n > 0; vì L đẳng cấu với A', longA(L/aL)=rlongA(A/Aa)\text{long}_A(L/aL) = r \text{long}_A(A/Aa); do đó được (6) bằng cách cho nn tiến tới vô hạn trong (9).

Bây giờ ta chuyển sang trường hợp tổng quát. Gọi (Mi)(M_i) là họ các môđun con sinh hữu hạn của M. Môđun T=M/aMT = M/aM là hợp của các môđun con Ti=(Mi+aM)/aM=Mi/(Mi∩aM)T_i = (M_i + aM)/aM = M_i/(M_i \cap aM). Khi đó, T, đẳng cấu với một môđun thương của Mi/aMiM_i/aM_i và do đó

longA(Ti)≤rlongA(A/Aa) \text{long}_A(T_i) \leq r \text{long}_A(A/Aa)

theo điều ta vừa chứng minh. Do đó

longA(T)≤rlongA(A/Aa) \text{long}_A(T) \leq r \text{long}_A(A/Aa)

theo Bổ đề 2.

Mệnh đề 5 (Krull-Akizuki)

Cho A là một miền nguyên Noether mà mọi iđêan nguyên tố khác không của nó đều cực đại, K là trường phân thức của nó, L là một mở rộng hữu hạn của K và B là một vành con của L chứa A. Khi đó B là Noether và mọi iđêan nguyên tố khác không của B đều cực đại. Hơn nữa, với mọi iđêan b≠(0)b \neq (0) của B, B/b là một A-môđun hữu hạn sinh.

Trích dẫn đến 2 · Được trích dẫn bởi 3

Trích dẫn đến Bổ đề 3, Mệnh đề 9, A VIII § 6

Được trích dẫn bởi Bài tập 10, § 2, Mệnh đề 1, Hệ quả 1

Gọi b là một iđêan khác không của B. Ta sẽ chứng minh rằng B/b là một A-môđun có độ dài hữu hạn (do đó, a fortiori, là một B-môđun có độ dài hữu hạn) và rằng b là một B-môđun hữu hạn sinh.

Một phần tử khác không y của b thỏa mãn một phương trình dạng:

aryr+ar−1yr−1+⋯+a1=0(ai∈A,a1≠0). a_r y^r + a_{r-1} y^{r-1} + \cdots + a_1 = 0 \quad (a_i \in A, a_1 \neq 0).

Phương trình này cho thấy rằng a1∈By⊂ba_1 \in By \subset b. Áp dụng Bổ đề 3 cho M=BM = B, ta thấy rằng B/a0BB/a_0B là một A-môđun có độ dài hữu hạn; do đó B/b cũng vậy vì nó là một môđun thương của môđun ấy. Hơn nữa B-môđun b chứa, như một môđun con, a0Ba_0B là môđun hữu hạn sinh; vì b/a0Bb/a_0B có độ dài hữu hạn (với tư cách là một môđun con của B/a0BB/a_0B) và do đó sinh hữu hạn, b chắc chắn là một B-môđun hữu hạn sinh.

Điều trên trước hết cho thấy rằng B là Noether. Mặt khác, nếu pp là một iđêan nguyên tố khác không của B, vành B/pB/p là một miền nguyên và có độ dài hữu hạn, do đó là một trường (Đại số, Chương VIII, § 6, no. 4, Mệnh đề 9), suy ra pp là cực đại.

Hệ quả 1

Với mọi iđêan nguyên tố p của A, tập hợp các iđêan nguyên tố của B nằm trên p là hữu hạn.

Trích dẫn đến 3 · Được trích dẫn bởi 2

Trích dẫn đến Mệnh đề 9, IV § 2, Mệnh đề 3, V § 3, Mệnh đề 5 (Krull-Akizuki)

Được trích dẫn bởi § 2. Miền Dedekind, Mệnh đề 1

Giả sử trước hết p=(0)p = (0); khi đó iđêan nguyên tố duy nhất qq của BB sao cho q∩A=(0)q \cap A = (0) là (0)(0); nếu không, đặt S=A−{0}S = A - \{0\}, thì S−1qS^{-1}q sẽ là một iđêan nguyên tố khác không của S−1BS^{-1}B (Chương 11, § 2, no. 5, Mệnh đề 11) và S−1BS^{-1}B chính là trường phân thức của BB, vì nó là một vành con của LL chứa KK (\emph{Algebra}, Chương V, § 3, no. 2, Mệnh đề 3); do đó đi đến một kết luận phi lý. Nếu bây giờ p≠(0)p \neq (0), thì từ Mệnh đề 5 suy ra rằng B/pBB/pB là một không gian vectơ hữu hạn chiều trên trường A/pA/p, nên là một vành \emph{Artin} và vì vậy chỉ có một số hữu hạn iđêan nguyên tố (Chương IV, § 2, no. 5, Mệnh đề 9), điều này chứng minh rằng chỉ có một số hữu hạn iđêan nguyên tố của BB chứa pp.

Hệ quả 2

Bao đóng nguyên của AA trong LL là một miền Dedekind.

Trích dẫn đến 1

Trích dẫn đến Định lý 1

Bao đóng nguyên này là một miền Noether đóng nguyên mà mọi iđêan nguyên tố khác không của nó đều cực đại; do đó chỉ cần áp dụng Định lý 1 của no. 2.

Đặc biệt:

Hệ quả 3

Bao đóng nguyên của một miền Dedekind trong một mở rộng hữu hạn của trường phân thức của nó là một miền Dedekind.

Được trích dẫn bởi 2

Được trích dẫn bởi Định lý 1, Bài tập 12, § 3

Mệnh đề 6

Cho AA là một miền Dedekind, KK trường phân thức của nó, LL một mở rộng hữu hạn của KK và BB bao đóng nguyên của AA trong LL. Cho pp là một iđêan nguyên tố khác không của AA, vv định giá cốt yếu tương ứng của KK và

Trích dẫn đến 4

Trích dẫn đến VI § 8. Mở rộng của một định giá đến một mở rộng đại số, Mệnh đề 1, VII § 1, Hệ quả, VII § 1, Hệ quả 1, VII § 1

Bp=∏ipie(i) Bp = \prod_i p_i^{e(i)}

phân tích của iđêan BpBp thành tích các iđêan nguyên tố. Khi đó: (a) các iđêan nguyên tố của BB nằm trên pp là các pip_i sao cho e(i)>0e(i) > 0; (b) các định giá viv_i trên LL tương ứng với các iđêan pip_i này, xét đến tương đương, là các định giá trên LL mở rộng vv; (c) [B/pi:A/p]=f(vi/v);[B/p_i : A/p] = f(v_i/v); (d) ei=e(vi/v)e_i = e(v_i/v) (xem Chương VI, § 8, no. 1, Định nghĩa 1 và 2).

(a) Nói rằng một iđêan nguyên tố qq của BB nằm trên pp có nghĩa là q⊇pq \supseteq p, nên q⊇Bpq \supseteq Bp và qq chứa một trong các pip_i sao cho e(i)>0e(i) > 0 (Chương 11, § 1, no. 1, Mệnh đề 1). (b) Điều này suy ra, có tính đến (a), từ § 1, no. 8, Hệ quả của Mệnh đề 12. (c) Trường thặng dư của vv được đồng nhất với A/pA/p và trường thặng dư của viv_i với B/piB/p_i (§ 1, no. 4, Hệ quả 1 của Mệnh đề 6).

(d) Cho aa (tương ứng aia_i) là một phần tử chuẩn hoá của vv (tương ứng viv_i). Khi đó

aBpi=aApBpi=pApBpi=pB.Bpi=(∏jpje(j))Bpi=∏j(pjBpi)e(j)=(piBpi)e(i)=aie(i)Bpi a B_{p_i} = a A_p B_{p_i} = p A_p B_{p_i} = p B . B_{p_i} = \left( \prod_j p_j^{e(j)} \right) B_{p_i} = \prod_j (p_j B_{p_i})^{e(j)} \\ = (p_i B_{p_i})^{e(i)} = a_i^{e(i)} B_{p_i}
vì pjBpi=Bjp_j B_{p_i} = B_j với j≠ij \neq i; do đó suy ra (d), vì e(vi/v)=vi(a)e(v_i/v) = v_i(a).

Bài tập

Xem các bài tập của § 2.

Bản dịch máy từ tiếng Anh, bởi gpt-5.4, theo bảng thuật ngữ phiên bản 34. Chưa được người kiểm tra.