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1. 基本理想
1. 定义素理想
通过这个定义,如果以下两个条件成立,则环A A A 的理想p p p 是素数: (1) p ≠ A p \neq A p = A ; (2) 如果x , y x, y x , y 是A A A 的两个元素,使得x ∉ p x \notin p x ∈ / p 和y ∉ p y \notin p y ∈ / p ,则x y ∉ p xy \notin p x y ∈ / p 。
这些条件也可以用说表示,g p \mathfrak{g}p g p 属于到g p \mathfrak{g}p g p 的元素的任何有限族的乘积,因为应用这个条件到空集产生1 ∉ p 1 \notin p 1 ∈ / p 。
A A A 的最大理想 m m m 是素数,因为 A / m A/m A / m 是域;那么从克鲁尔的定理 (代数, 章 I, § 8, no. 7, 定理 2) 可以得出,每个理想
() 除了位于两个星号之间的叙述:\ ... *,此章的结果仅取决于本书的I至VI和章I, §§ 1–3。
至少一个素理想中包含*不同于*A \mathbf{A} A 。特别是,对于环A \mathbf{A} A 中存在素理想,A \mathbf{A} A 不减少到0是充分必要的。
令f : A → B f : \mathbf{A} \to \mathbf{B} f : A → B 为环同态,且q q q 为B \mathbf{B} B 的理想。 集合p = f − 1 ( q ) p = f^{-1}(q) p = f − 1 ( q ) ;通过取商从 f f f 导出的同态 f ‾ : A / p → B / q \overline{f} : \mathbf{A}/p \to \mathbf{B}/q f : A / p → B / q 是单射的。 Suppose that q q q is prime; as the ring B / q \mathbf{B}/q B / q is an integral domain, so is A / p \mathbf{A}/p A / p , being isomorphic to a subring of B / q \mathbf{B}/q B / q ; consequently the ideal p = f − 1 ( q ) p = f^{-1}(q) p = f − 1 ( q ) is prime. 特别地,令A \mathbf{A} A 为B \mathbf{B} B 的子环;对于B \mathbf{B} B 的每个理想q q q ,q ∩ A q \cap \mathbf{A} q ∩ A 都是素理想A \mathbf{A} A 。 如果f f f 是满射,则f ‾ \overline{f} f 是同构; 条件“p 是素数”和“q q q 是素数”则等价。 因而,如果p p p 和a a a 是A \mathbf{A} A 的理想,使得a ⊂ p a \subset p a ⊂ p ,则p p p 为素数的充分必要条件是p / a p/a p / a 为A / a \mathbf{A}/a A / a 中的素数。
设A \mathbf{A} A 为环,a 1 , a 2 , … , a n a_1, a_2, \ldots, a_n a 1 , a 2 , … , a n 为A \mathbf{A} A 的理想,p p p 为A \mathbf{A} A 的素理想。如果p p p 包含乘积a 1 a 2 … a n a_1 a_2 \ldots a_n a 1 a 2 … a n ,则包含至少a i a_i a i 之一。
被以下引用 7 被以下引用 习题 7, § 1 , 推论 , 命题 4 , 推论 2, II § 2 , II § 4. 环的光谱和模的支持 , 推论 2, IV § 2 , 命题 8, VII § 1
事实上,假设 p p p 包含都没有 a i a_i a i 。对于1 ≤ i ≤ n 1 \leq i \leq n 1 ≤ i ≤ n ,则存在元素s i ∈ a i ∩ p s_i \in a_i \cap p s i ∈ a i ∩ p ;那么s = s 1 s 2 … s n s = s_1 s_2 \ldots s_n s = s 1 s 2 … s n 包含在a 1 a 2 … a n a_1 a_2 \ldots a_n a 1 a 2 … a n 中,而不包含在p p p 中,这是荒谬的。
设m m m 为A \mathbf{A} A 的极大理想;对于每个整数n > 0 n > 0 n > 0 ,唯一的素理想包含m n m^n m n 是m m m 。
引用了 1 引用了 命题 1
这样的理想p p p 必须将包含m m m 乘以命题1应用于a i = m a_i = m a i = m 以获得1 ≤ i ≤ n 1 \leq i \leq n 1 ≤ i ≤ n ;因为 m m m 是最大的,p = m p = m p = m 。
我们以归纳对n = C a r d ( I ) n = \mathrm{Card}(I) n = Card ( I ) 争论;如果 n = 1 n = 1 n = 1 则命题是微不足道的。假设n ≥ 2 n \geq 2 n ≥ 2 ;如果存在指标j j j 使得a ∩ p j ⊂ ⋃ i ≠ j p i a \cap p_j \subset \bigcup_{i \neq j} p_i a ∩ p j ⊂ ⋃ i = j p i 、集合a a a (即a ∩ p i a \cap p_i a ∩ p i 的并,其中i ∈ I i \in I i ∈ I )包含在⋃ i ≠ j p i \bigcup_{i \neq j} p_i ⋃ i = j p i 中,因此包含在归纳假设的p i p_i p i 之一中。假设这样的指标不存在;对于每个j ∈ I j \in I j ∈ I ,让y j y_j y j 是a ∩ p j a \cap p_j a ∩ p j 的元素,而不是属于到i ≠ j i \neq j i = j 的任何p i p_i p i 。设k k k 为I I I 的元素,如果n > 2 n > 2 n > 2 则p k p_k p k 为素数,如果n = 2 n = 2 n = 2 则任意选择;让z = y k + ∏ i ≠ k y i z = y_k + \prod_{i \neq k} y_i z = y k + ∏ i = k y i 。那么z ∈ a z \in a z ∈ a ,因为a a a 在加法和乘法下是封闭的;如果j ≠ k j \neq k j = k 、∏ i ≠ k y i \prod_{i \neq k} y_i ∏ i = k y i 属于到p j p_j p j ,但是y k ∉ p j y_k \notin p_j y k ∈ / p j 、从而z ∉ p j z \notin p_j z ∈ / p j 。另一方面,∏ i ≠ k y i \prod_{i \neq k} y_i ∏ i = k y i 不会属于到 p k p_k p k ,因为因子 y i ( i ≠ k ) y_i \ (i \neq k) y i ( i = k ) 属于都不是它,并且如果 n − 1 > 1 n - 1 > 1 n − 1 > 1 则 p k p_k p k 是质数;因为y k ∈ p k y_k \in p_k y k ∈ p k 、z z z 不属于到p k p_k p k 且命题成立。
2. 相对主要的理想
设A A A 为环;如果 a + b = A a + b = A a + b = A ,则 A A A 的两个理想 a , b a, b a , b 被称为*相对素数*。为此,a + b a + b a + b 不包含在任何素理想中 (代数 , 章 I, § 8, no. 7, 定理 2),在其他字中,a a a 和 b b b 中都不包含素理想包含,这是必要且充分的。两个不同的最大理想互质。
如果 A A A 是 主理想整环 (代数 , 章 VII, § 1),则 A A A 的两个元素 a , b a, b a , b 互质,根据 Bezout 恒等式 (loc.cit. , no. 2, 定理 1),理想A a Aa A a 和A b Ab A b 互质。
在给定的假设下,每个素理想包含a ′ a' a ′ 包含a a a 和每个素理想包含b ′ b' b ′ 包含b b b 。如果一个素理想包含a ′ a' a ′ 和b ′ b' b ′ ,那么它就是包含a a a 和b b b ,这是荒谬的,因为a a a 和b b b 是相对素数;因此 a ′ a' a ′ 和 b ′ b' b ′ 互质。
令a , b 1 , … , b n a, b_1, \ldots, b_n a , b 1 , … , b n 为环A A A 的理想。如果 a a a 与每个 b i b_i b i (1 ≤ i ≤ n 1 \leq i \leq n 1 ≤ i ≤ n ) 互质,则它与 b 1 b 2 … b n b_1 b_2 \ldots b_n b 1 b 2 … b n 互质。
引用了 1 · 被以下引用 2 引用了 命题 1
被以下引用 命题 5 , 推论 3, V § 2
设p p p 为A A A 的素理想。如果p p p 包含a a a 和b 1 b 2 … b n b_1 b_2 \ldots b_n b 1 b 2 … b n 它是包含b i b_i b i 之一(no. 1,命题1),这是荒谬的,因为a a a 和b i b_i b i 互质。
令( a i ) i ∈ I (a_i)_{i \in I} ( a i ) i ∈ I 为环A A A 的非空有限理想族。以下属性是等效的 = (a) 对于 i ≠ j i \neq j i = j ,a i a_i a i 和 a j a_j a j 互质。 (b) 典范同态 ϕ : A → ∏ i ≠ I ( A / a i ) \phi : A \to \prod_{i \neq I} (A/a_i) ϕ : A → ∏ i = I ( A / a i ) (代数 , 章 11, § 1, no. 7) 是满射。 如果这些成立,则 a i a_i a i 的交 a a a 等于它们的乘积,并且典范同态 ϕ : A / a → ∏ i ∈ I ( A / a i ) \phi : A/a \to \prod_{i \in I} (A/a_i) ϕ : A / a → ∏ i ∈ I ( A / a i ) (代数 , 章 II, § 1, no. 7) 是双射的。
引用了 3 · 被以下引用 8 引用了 § 1. 基本理想 , A II § 1. 。 模 , 命题 4
被以下引用 习题 9, § 1 , 例 , 命题 6 , 命题 16, II § 3 , 习题 21, § 2 , 引理 1(“欧几里得的引理”), III § 4 , 推论 3, V § 2 , 命题 2, VII § 2
我们通过归纳对I I I 中元素的n n n 数进行争论,n = 1 n = 1 n = 1 的情况是微不足道的。首先考虑案例n = 2 n = 2 n = 2 。那么 (a) 和 (b) 的等价由序列的精确性得出
0 ⟶ A / ( a 1 ∩ a 2 ) → ψ ( A / a 1 ) ⊕ ( A / a 2 ) ⟶ A / ( a 1 + a 2 ) ⟶ 0
0 \longrightarrow A/(a_1 \cap a_2) \xrightarrow{\psi} (A/a_1) \oplus (A/a_2) \longrightarrow A/(a_1 + a_2) \longrightarrow 0
0 ⟶ A / ( a 1 ∩ a 2 ) ψ ( A / a 1 ) ⊕ ( A / a 2 ) ⟶ A / ( a 1 + a 2 ) ⟶ 0
(代数,章II, § 1, no. 7,公式(30))。此外,存在e 1 ∈ a e_1 \in a e 1 ∈ a 和e 2 ∈ a 2 e_2 \in a_2 e 2 ∈ a 2 使得1 = e 1 + e 2 1 = e_1 + e_2 1 = e 1 + e 2 ;那么,对于所有x ∈ a = a 1 ∩ a 2 x \in a = a_1 \cap a_2 x ∈ a = a 1 ∩ a 2 ,x = x e 1 + x e 2 x = xe_1 + xe_2 x = x e 1 + x e 2 ;但通过定义x e 1 ∈ a 1 a 2 xe_1 \in a_1 a_2 x e 1 ∈ a 1 a 2 和x e 2 ∈ a 1 a 2 xe_2 \in a_1 a_2 x e 2 ∈ a 1 a 2 ,因此x ∈ a 1 a 2 x \in a_1 a_2 x ∈ a 1 a 2 ; 从而a ⊂ a 1 a 2 a \subset a_1 a_2 a ⊂ a 1 a 2 和逆命题包含很明显。
一般情况下,假设条件(a)成立,令k k k 为I I I 和b k = ⋂ i ≠ k a i b_k = \bigcap_{i \neq k} a_i b k = ⋂ i = k a i 的元素; 归纳假设意味着b k = ∏ i ∈ I a i b_k = \prod_{i \in I} a_i b k = ∏ i ∈ I a i ,并且从命题 4可以得出a a a 和b b b 互质;然后
a = ⋂ i ∈ I a i = a , ∩ b k = a k b k = ∏ i ∈ I a i ,
a = \bigcap_{i \in I} a_i = a, \quad \cap b_k = a_k b_k = \prod_{i \in I} a_i,
a = i ∈ I ⋂ a i = a , ∩ b k = a k b k = i ∈ I ∏ a i ,
由参数的第一个部分得出,并且出于同样的原因典范同态 A / a ↠ ( A / a k ) × ( A / b k ) A/a \twoheadrightarrow (A/a_k) \times (A/b_k) A / a ↠ ( A / a k ) × ( A / b k ) 是双射的;由归纳假设典范同态 A / b k → ∏ i ≠ k ( A / a i ) A/b_k \to \prod_{i \neq k} (A/a_i) A / b k → ∏ i = k ( A / a i ) 是双射,因此合数同态是
A / a → ( A / a k ) × ( A / b k ) → ( A / a k ) × ∏ i ≠ k ( A / a i ) = ∏ i ∈ I ( A / a i )
A/a \to (A/a_k) \times (A/b_k) \to (A/a_k) \times \prod_{i \neq k} (A/a_i) = \prod_{i \in I} (A/a_i)
A / a → ( A / a k ) × ( A / b k ) → ( A / a k ) × i = k ∏ ( A / a i ) = i ∈ I ∏ ( A / a i )
正好是ψ \psi ψ ;即,(b) 成立。相反,假设 (b) 成立。我们证明a i a_i a i 在对中必然互质。相反的情况下,对于i ≠ j i \neq j i = j ,将存在理想的c ≠ A c \neq A c = A 包含a i a_i a i 和a j a_j a j 。我们集合a h ′ = a h a_h' = a_h a h ′ = a h 对于h h h 不等于i i i 或j j j 和a i ′ = a j ′ = c a_i' = a_j' = c a i ′ = a j ′ = c ; 典范同态 ϕ ′ : A → ∏ i ∈ I ( A / a i ′ ) \phi': A \to \prod_{i \in I} (A/a_i') ϕ ′ : A → ∏ i ∈ I ( A / a i ′ ) 可以写成复合映射
A → ϕ ∏ i ∈ I ( A / a i ) → f ∏ i ∈ I ( A / a i ′ )
A \xrightarrow{\phi} \prod_{i \in I} (A/a_i) \xrightarrow{f} \prod_{i \in I} (A/a_i')
A ϕ i ∈ I ∏ ( A / a i ) f i ∈ I ∏ ( A / a i ′ )
f f f 为典范同态A / a i → A / a i ′ A/a_i \to A/a_i' A / a i → A / a i ′ 中的乘积;显然ϕ ′ \phi' ϕ ′ 不是满射,+ ( A ) +(A) + ( A ) 到( A / a i ′ ) × ( A / a i ′ ) (A/a_i') \times (A/a_i') ( A / a i ′ ) × ( A / a i ′ ) 的投影是乘积( A / c ) × ( A / c ) (A/c) \times (A/c) ( A / c ) × ( A / c ) 的对角线,这与自c ≠ A c \neq A c = A 以来的乘积不同。由于 f f f 是满射,这表明 ϕ \phi ϕ 不是满射。
设( a i ) i ∈ I (a_i)_{i \in I} ( a i ) i ∈ I 为环A A A 的非空有限理想族,它们在对互质;设a a a 为a i a_i a i 的交。对于每个A A A -模M M M ,典范映射M → ∏ i ∈ I ( M / a i M ) M \to \prod_{i \in I} (M/a_i M) M → ∏ i ∈ I ( M / a i M ) 是满射,其核是a M aM a M 。
引用了 1 · 被以下引用 2 引用了 命题 5
被以下引用 习题 22, § 2 , 引理 8, VII § 4
显然M M M 到∏ i ∈ I ( M / a i M ) \prod_{i \in I} (M/a_i M) ∏ i ∈ I ( M / a i M ) 的典范映射是a M aM a M 上的零;然后,通过商,它定义同态A : M / a M → ∏ i ∈ I ( M / a i M ) A : M/aM \to \prod_{i \in I} (M/a_i M) A : M / a M → ∏ i ∈ I ( M / a i M ) 。 另一方面,通过命题 5,典范同态
ψ : A / a → ∏ i ∈ I ( A / a i )
\psi : A/a \to \prod_{i \in I} (A/a_i)
ψ : A / a → i ∈ I ∏ ( A / a i ) 是双射的。 那么
1 M ⊗ ψ : M ⊗ ( A / a ) → M ⊗ ∏ i ∈ I ( A / a i ) 1_M \otimes \psi : M \otimes (A/a) \to M \otimes \prod_{i \in I} (A/a_i) 1 M ⊗ ψ : M ⊗ ( A / a ) → M ⊗ ∏ i ∈ I ( A / a i ) 也是如此。 Now
M ⊗ ( A / a ) M \otimes (A/a) M ⊗ ( A / a ) is identified with
M / a M M/aM M / a M and
M ⊗ ∏ i ∈ I ( A / a i ) M \otimes \prod_{i \in I} (A/a_i) M ⊗ ∏ i ∈ I ( A / a i ) with
∏ i ∈ I M ⊗ ( A / a i ) \prod_{i \in I} M \otimes (A/a_i) ∏ i ∈ I M ⊗ ( A / a i ) , which is itself identified with
∏ i ∈ I ( M / a i M ) \prod_{i \in I} (M/a_i M) ∏ i ∈ I ( M / a i M ) . 立即验证,上述标识变换
1 M ⊗ ψ 1_M \otimes \psi 1 M ⊗ ψ 变为
λ \lambda λ 、从而命题。
令K K K 为域,a , ( 1 ≤ i ≤ m ) a, (1 \leq i \leq m) a , ( 1 ≤ i ≤ m ) 与K K K 不同元素,并且对于每个i i i ,令g i g_i g i 为K [ X ] K[X] K [ X ] 中的多项式;主理想( X − a i ) = m i (X - a_i) = m_i ( X − a i ) = m i 在K [ X ] K[X] K [ X ] 中最大,因此,对于m m m 整数≥ 1 \geq 1 ≥ 1 的每个系统( n i ) 1 ≤ i ≤ m (n_i)_{1 \leq i \leq m} ( n i ) 1 ≤ i ≤ m ,理想m i n i m_i^{n_i} m i n i 在对中相对素。那么从命题 5 可以得出,存在一个多项式f ∈ K [ X ] f \in K[X] f ∈ K [ X ] ,使得f ( X ) ≡ g i ( X ) ( m o d ( X − a i ) n i ) f(X) \equiv g_i(X) \pmod{(X - a_i)^{n_i}} f ( X ) ≡ g i ( X ) ( mod ( X − a i ) n i ) 对应1 ≤ i ≤ m 1 \leq i \leq m 1 ≤ i ≤ m ,两个这样的多项式的差可以被ω ( X ) = ∏ i = 1 m ( X − a i ) n i \omega(X) = \prod_{i=1}^m (X - a_i)^{n_i} ω ( X ) = ∏ i = 1 m ( X − a i ) n i 整除。如果所有n i n_i n i 都等于1,我们发现问题可以通过拉格朗日插值公式(*代数*,章IV, § 2, no. 4)显式求解。
引用了 2 引用了 命题 5 , A IV § 2. 。多项式的零
习题
参见习题为 § 1 。