Bourbaki

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3. 诺特环上的m\mathfrak{m}-adic 拓扑

假设本段中考虑的所有过滤都是详尽的。

1. 良好的过滤效果

设A\mathbf{A}为过滤后的交换环,E为过滤后的A\mathbf{A}模块,(An)(\mathbf{A}_n)和(En)(E_n)

AA和EE各自的过滤;假设A0=AA_0 = A。在多项式环 A[X]A[X] 集合 A′=∑n≥0AnXnA' = \sum_{n \geq 0} A_n X^n 中是型 N\mathbf{N}*的*分级亚A代数; E⊗AA[X]E \otimes_A A[X]的子群E′=∑n≥0En⊗AAXnE' = \sum_{n \geq 0} E_n \otimes_A A X^n是型N\mathbf{N}的*分级A′A'模块*,因为

AmXm(En⊗AAXn)⊂(AmEn⊗AAXn",")⊂Em+n⊗AAXm+n. A_m X^m (E_n \otimes_A A X^n) \subset (A_m E_n \otimes_A A X^n",") \subset E_{m+n} \otimes_A A X^{m+n}.

定义 1 04FX

令AA为交换环,mm为AA的理想,EE为AA模,(En)(E_n)为加法群EE由……组成对子模的过滤EE。过滤 (En)(E_n) 被称为 m-good 如果:* (1) mEn⊂En+1m E_n \subset E_{n+1} 对于所有 n∈Zn \in \mathbf{Z}; (2) 存在整数n0n_0使得mEn=En+1m E_n = E_{n+1}*对于*n≥n0n \geq n_0。

然后qq乘归纳,mqEn=En+qm^q E_n = E_{n+q}乘n≥n0,q≥1n \geq n_0, q \geq 1。 注条件 (1) 意味着如果AA 被给予mm-adic 过滤,则过滤(En)(E_n) 与EE 上的AA 模块结构兼容。显然,在每个AA-模块EE上,mm-adic 过滤都是良好的。如果 AA-模块 EE 上的过滤是 m-good,则 EE 的任何商模上的商过滤是 m-good。

定理 1 04FY

令AA为交换环,mm为AA的理想,EE为AA模块,(En)(E_n)为无限生成的子AA模块的加法群EE由……组成的过滤。假设 mEn⊂En+1m E_n \subset E_{n+1} 代表所有 nn。令A′A'为A[X]A[X]的分级子代数∑n≥0mnXn\sum_{n \geq 0} m^n X^n,E′E'为A′A'-模块∑n≥0En⊗AAXn\sum_{n \geq 0} E_n \otimes_A A X^n的分级。以下两个条件是等效的:* (a) 过滤 (En)(E_n) 很好。 (b) *E′E'是有限生成的A′A'模块。

被以下引用 2

被以下引用 习题 4, § 3, 命题 1

假设 mEn−1=Enm E_{n-1} = E_n 对应 n>n0≥0n > n_0 \geq 0。对于i≤n0i \leq n_0,令(ei)i≤n0(e_i)_{i \leq n_0}为AA模EiE_i的生成元的有限系统。由于AA-模块En⊗AAXnE_n \otimes_A A X^n是由元素en,j⊗Xne_{n,j} \otimes X^n为0≤n≤n00 \leq n \leq n_0生成的,并且等于

mn−n0En0⊗AAXn m^{n-n_0} E_{n_0} \otimes_A A X^n
对于n>n0n > n_0,A′A'-模块E′E'由元素en,j⊗Xne_{n,j} \otimes X^n生成,对于0≤n≤n00 \leq n \leq n_0和1≤j≤rn1 \leq j \leq r_n;那么它肯定是有限生成的。

相反,如果E′E'是有限生成的A′A'模块,则它是由形式ek⊗Xn(k)e_k \otimes X^{n(k)}的元素有限族生成的,其中ek∈En(k)e_k \in E_{n(k)}。设n0n_0为整数n(k)n(k)中的最大的。然后对于 n≥n0n \geq n_0 和 f∈Enf \in E_n,

f⊗Xn=∑ktk(ek⊗Xn(k)) f \otimes X^n = \sum_k t_k (e_k \otimes X^{n(k)})
其中tk∈A′t_k \in A'; 替换如果需要为tt,则根据其齐次分量次数n−n(k)n - n(k),我们可以假设为tk=akXn−n(k)t_k = a_k X^{n-n(k)},其中ak∈mn−n(k)a_k \in m^{n-n(k)}。

如唯一元素 XnX^n 形式基 of A-模 AX”,等式f⊗Xn=(∑kakek)⊗Xnf \otimes X^n = \left( \sum_k a_k e_k \right) \otimes X^n蕴涵f=∑kakekf = \sum_k a_k e_k。则En⊂mn−n0En0E_n \subset m^{n-n_0} E_{n_0};由于相反包含是明显的,

En=mn−n0En0, E_n = m^{n-n_0} E_{n_0},

从而 En=mEn−1E_n = m E_{n-1} n>n0n > n_0。

引理 1 04FZ

设 A 为交换律诺特环,且 m 为 A 的理想。则 A[X]A[X] 的子环 A′=∑n≥0mnXnA' = \sum_{n \geq 0} m^n X^n 为诺特。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 推出 3, III § 2

被以下引用 命题 1

A′A'是mXmX生成的A-代数;因为A是诺特,mXmX是有限生成A-模,然后从§ 2, no. 10、推论3到定理2得出结论。

命题 1 04G0

设 A 为交换律诺特环,m 为 A 的理想;令 A 接受 m-adic 过滤。令E、F为与过滤兼容的两个过滤的A-模和j:F→Ej : F \to E单同态。如果 E 是有限生成的且其过滤是 m-good,则 F 是有限生成的且其过滤是 m-good。

引用了 2 · 被以下引用 3

引用了 引理 1, 定理 1

被以下引用 推出 4, 命题 2, 定理 2(克鲁尔)

由于 F 与 E 的子模同构,因此它是有限生成的,因为 A 是诺特并且 E 是有限生成的。令(En)(E_n)、(Fn)(F_n)分别为E和F上的过滤,由有限生成的子模组成;保留引理 1 中的记号,我们集合 E′=∑n≥0En⊗AAXn,F′=∑Fn⊗AAXnE' = \sum_{n \geq 0} E_n \otimes_A A X^n, F' = \sum F_n \otimes_A A X^n;由于假设FnF_n同构于EnE_n的子模,我们看到F'同构于E′E'的子模。通过定理 1,E′E' 是有限生成的 A′A' 模,因此 F' 也是如此,因为 A' 是诺特 (引理 1)。因此根据定理 1 得出结论。

推出 1(Artin-Rees 引理) 04G1

设 A 为可交换诺特环,m 是 A 的理想,E 有限生成A-模和 E 的 F 子模。E 上的 m-adic 过滤在 F 上引起的过滤是 m-good。

被以下引用 2

被以下引用 推出 2, 推出 3

在其他字中,存在整数n0n_0使得

m((mnE)∩F)=(mn+1E)∩F m((m^n E) \cap F) = (m^{n+1} E) \cap F

对于所有n≥n0n \geq n_0。

推出 2 04G2

设 A 为可交换的诺特环且 a, b 是 A 的两个理想。存在整数 h > 0 使得 ah∩b⊂aba^h \cap b \subset ab。

引用了 1

引用了 推出 1(Artin-Rees 引理)

存在 n,使得推论 1 的 an+1∩b=a(an∩b)⊂aba^{n+1} \cap b = a(a^n \cap b) \subset ab 应用于E=A,F=bE = A, F = b。

推出 3 04G3

设 A 是可交换的诺特环,m 是 A 的理想,并且 x 元素是 AA,它不是 OO 的除子。存在整数k>0k > 0,对于所有n≥kn \geq k,关系xy∈mnxy \in m^n意味着y∈mn−ky \in m^{n-k}。

引用了 2

引用了 推出 1(Artin-Rees 引理), I § 2. 平模(*)

推出 1 应用于 E=A,F=AxE = A, F = A x 表明存在 kk,使得对于所有 n≥kn \geq k,mn∩Ax=mn−k(mk∩Ax)m^n \cap Ax = m^{n-k}(m^k \cap Ax)。那么,如果xy∈mnxy \in m^n,

xy∈mn∩Ax⊂mn−kx xy \in m^n \cap Ax \subset m^{n-k}x

并且,由于xx不是00的除子,我们推断出y∈mn−ky \in m^{n-k}。

在运输者的记号(章I, § 2, no. 10)中,推论3的结论为

(2)

mn:Ax⊂mn−k. m^n : Ax \subset m^{n-k}.

推出 4 04G4

令 AA 为可交换的诺特环,mm AA、EE 的理想,分别生成 AA 模以及 (En)(E_n) 和 (En′)(E'_n) 两个过滤由……组成子模 EE。假设当AA被给予mm-adic过滤时,过滤(En)(E_n)和(En′)(E'_n)与EE上的AA模块结构兼容。如果过滤 (En)(E_n) 为 mm-良好,并且对于所有 n∈Zn \in \mathbf{Z} 为 En′⊂EnE'_n \subset E_n,则过滤 (En′)(E'_n) 为 mm-良好。 这是命题 1 的特例。

引用了 1

引用了 命题 1

引理 2 04G5

令A,BA, B为两个可交换的诺特环、ϕ:A→B\phi : A \to B环同态、EE有限生成的AA模块和FF有限生成的BB模块。那么HomA(E,ϕ∗(F))\mathrm{Hom}_A(E, \phi_*(F))是一个有限生成的BB-模块。

被以下引用 1

被以下引用 命题 2

假设存在满射AA同态v:An→Ev : A^n \to E;因此,HomA(E,ϕ∗(F))\mathrm{Hom}_A(E, \phi_*(F))到HomA(An,ϕ∗(F))\mathrm{Hom}_A(A^n, \phi_*(F))的映射u↦u∘vu \mapsto u \circ v是单射的,并且由于BB是诺特,因此足以证明HomA(An,ϕ∗(F))\mathrm{Hom}_A(A^n, \phi_*(F))是有限生成的BB模;这是直接的,因为它与FnF^n同构的。

命题 2 04G6

令AA是可交换的诺特环,mm是AA和E,FE, F两个有限生成的AA模的理想。如果(Fn)(F_n)是FF上的mm-良好过滤,则子模HomA(E,Fn)\mathrm{Hom}_A(E, F_n)形式是AA-模块HomA(E,F)\mathrm{Hom}_A(E, F)上的mm-良好过滤。 正如 mkFn⊂Fn+km^k F_n \subset F_{n+k} 与 n∈Z,k≥0n \in \mathbf{Z}, k \geq 0 一样,也成立

mkHomA(E,Fn)⊂HomA(E,Fn+k); m^k \mathrm{Hom}_A(E, F_n) \subset \mathrm{Hom}_A(E, F_{n+k});
引用了 3 · 被以下引用 1

引用了 引理 2, 命题 1, A II § 3. 。 张量积

被以下引用 习题 21, § 3

然后,该系列(HomA(E,Fn))n∈Z(\mathrm{Hom}_A(E, F_n))_{n \in \mathbf{Z}}是HomA(E,F)\mathrm{Hom}_A(E, F)上的过滤,与其模结构兼容,超过环AA由mmadic过滤过滤。由于EE是有限生成的,因此存在整数r>0r > 0和一个满射AA同态u:Ar→Eu : A^r \to E,其中定义一个单射AA同态

v=Hom(u,1F):HomA(E,F)→HomA(Ar,F); v = \mathrm{Hom}(u, 1_F) : \mathrm{Hom}_A(E, F) \to \mathrm{Hom}_A(A^r, F);

显然 vv 与过滤(HomA(E,Fn))(\mathrm{Hom}_A(E, F_n)) 和 (HomA(Ar,Fn))(\mathrm{Hom}_A(A^r, F_n)) 相容的。 由于HomA(E,F)\mathrm{Hom}_A(E, F)和HomA(Ar,F)\mathrm{Hom}_A(A^r, F)是有限生成的(引理2),因此凭借命题1就足以表明过滤(HomA(Ar,F))(\mathrm{Hom}_A(A^r, F))是m-good;但这是直接的,因为典范同构HomA(Ar,Fr)→Fnr\mathrm{Hom}_A(A^r, F_r) \to F_n^r的存在以及关系mFn=Fn+mF_n = F_n +的事实,意味着m(Fnr)=(mFn)r=Fn+1rm(F_n^r) = (mF_n)^r = F_{n+1}^r(代数,章II, § 3, no. 7,注)。

命题 3 04G7

令 AA 为诺特环,且 mm 为 AA 的理想,使得 AA 为 Hausdorff,且相对于 m 进数拓扑完整。令EE为过滤环AA上的过滤AA模,AA的过滤(En)(E_n)使得E0=EE_0 = E和EE是相对于由(En)(E_n)定义的拓扑的Hausdorff。那么下面的条件是等价的: (a) EE 是有限生成的 AA 模块,(En)(E_n) 是 m-good 过滤。 (b) gr(E)\mathrm{gr}(E) 是有限生成的 gr(A)\mathrm{gr}(A) 模块。 (c) 对于所有n≥0n \geq 0,grn(E)\mathrm{gr}_n(E)是有限生成的AA模块,并且存在n0n_0,使得对于n≥n0n \geq n_0典范同态

gr1(A)⊗Agrn(E)→grn+1(E) \mathrm{gr}_1(A) \otimes_A \mathrm{gr}_n(E) \to \mathrm{gr}_{n+1}(E)
是满射的。

引用了 2

引用了 引理 1, III § 1, 命题 12, III § 2

从定义可以立即得出 (a) 蕴涵 (c)。 (b) 蕴含 (c) 的事实是 § 1, no. 3、引理 1 中的推论;相反,如果(c)成立,显然gr(E)\mathrm{gr}(E)是由grp(E)\mathrm{gr}_p(E)的和为p≤n0p \leq n_0生成的gr(A)\mathrm{gr}(A)模,因此假设承认生成元的有限系统。仍有待证明(c)蕴涵(a);因为 grn(E)\mathrm{gr}_n(E) 是有限生成的,En=EE_n = E,显然首先是由归纳在 nn 上生成的,E/EnE/E_n 是所有 nn 的有限生成的 AA 模块;因此,足以证明,对于n>n0n > n_0,EnE_n是有限生成的AA模块,并且mEn=En+1mE_n = E_{n+1}。现在,考虑具有详尽和分离过滤(En+k)(k≥1)(E_{n+k})(k \geq 1)的AA模块En+1E_{n+1}; mEn⊂En+1mE_n \subset E_{n+1}; 假设(c)意味着grn+1(E)=En+1/En+2\mathrm{gr}_{n+1}(E) = E_{n+1}/E_{n+2}中mEnmE_n的像等于grn+1(E)\mathrm{gr}_{n+1}(E)和生成分级的gr(A)\mathrm{gr}(A)模gr(En+1)\mathrm{gr}(E_{n+1})。由于 grn+1(E)\mathrm{gr}_{n+1}(E) 是由假设有限生成的 AA 模块,因此从 § 2, no. 9、命题 12 可以得出 mEn=En+1mE_n = E_{n+1} 和 En+1E_{n+1} 是有限生成的 AA 模块。

2. 诺特环上的 m-ADIC 拓扑

命题 4 04G8

令AA是可交换的诺特环,mm是AA的理想,而EE是有限生成的AA模。 EE 定义上的所有 m-good 过滤均相同拓扑(即 m-adic 拓扑)。

被以下引用 1

被以下引用 定理 2(克鲁尔)

令 (En)(E_n) 为EE 上的 m-good 过滤。由于这种过滤是详尽的,EE属于的每个元素到EnE_n之一,并且由于EE是有限生成的并且EnE_n是AA模块,因此存在整数n1n_1使得En1=EE_{n_1} = E。另一方面,令 n0n_0 使得 mEn=En+1mE_n = E_{n+1} 对于n≥n0n \geq n_0;那么,对于n>n0−n1n > n_0 - n_1, mnE⊂En+n1=mn+n1−n0En0⊂mn+n1−n0Em^n E \subset E_{n+n_1} = m^{n+n_1-n_0} E_{n_0} \subset m^{n+n_1-n_0} E,证明命题。

定理 2(克鲁尔) 04G9

设AA是可交换的诺特环,mm是AA的理想,EE是有限生成的AA模,FF子模是EE。然后FF上的mm-adic 拓扑由EE上的mm-adic 拓扑诱导。

引用了 2 · 被以下引用 6

引用了 命题 1, 命题 4

被以下引用 推论, 命题 5, 命题 7, 推论 3, 命题 1, III § 5, 推论, VII § 4

从no. 1、命题 1 可以看出,EE 上的mm-adic 过滤在FF 上引起的过滤是m-good,然后从命题 4 得出结论。

推论 04GA

令AA是可交换的诺特环,mm是AA的理想,EE是AA模,FF是有限生成的AA模。每个AA-线性映射u:E→Fu : E \to F都是严格的态射*(一般拓扑、章 111、§ 2, no. 8)*对于mm-adic拓扑*。

引用了 2 · 被以下引用 1

引用了 III § 2. 。过滤后的环和模的一般结果, 定理 2(克鲁尔)

被以下引用 定理 3

由于u(mnE)=mnu(E)u(m^nE) = m^n u(E),uu是EE到u(E)u(E)的严格态射,对于这两个模上的mm-adic拓扑,以及u(E)u(E)上的mm-adic拓扑由mm-adic 拓扑于 FF 定理 2。

命题 5 04GB

设AA是可交换的诺特环,mm是AA的理想,EE是有限生成的AA模。 EE*中{0}\{0\}的闭包*⋂n=1mmnE\bigcap_{n=1}^m m^nE*相对于mm-adic拓扑是x∈Ex \in E的集合,其中存在元素m∈mm \in m使得*(1−m)x=0(1 - m)x = 0。

引用了 2 · 被以下引用 6

引用了 定理 2(克鲁尔), 推论 3, II § 2

被以下引用 定义 3, III § 2, 推论(克鲁尔), 命题 12, 命题 6, 命题 7, 命题 4, III § 4

如果x=mxx = mx,其中m∈mm \in m,x=mnx∈mnEx = m^n x \in m^nE对于每个整数n≥0n \geq 0,因此x∈F=⋂n=0mmnEx \in F = \bigcap_{n=0}^m m^nE。 Conversely, if x∈Fx \in F, AxAx is contained in the intersection of the neighbourhoods of 0 in EE; it then follows from Theorem 2 that the mm-adic topology on AxAx, which is induced by that on EE, is the coarsest topology; as mxmx is by definition a neighbourhood of 0 with this topology, mx=Axmx = Ax and hence there exists m∈mm \in m such that x=mxx = mx.

我们也可以说 mF=FmF = F 因为

F=⋂n=1∞mn+1E⊂m.⋂n=1∞mnE=mF; F = \bigcap_{n=1}^\infty m^{n+1}E \subset m. \bigcap_{n=1}^\infty m^nE = mF;
由于AA是诺特,FF是有限生成的AA模块;那么应用章II, § 2, no. 2、推论3到命题4就足够了。

推论(克鲁尔) 04GC

设AA是可交换的诺特环,而mm是AA的理想。 理想的* ⋂n=1mmn\bigcap_{n=1}^m m^n 是元素 x∈Ax \in A 的集合,其中存在 m∈mm \in m 使得 (1−m)x=0(1 - m)x = 0。 In particular, for ⋂n=1∞mn={0}\bigcap_{n=1}^\infty m^n = \{0\}, it is necessary and sufficient that no element of 1+m1 + m be a divisor of 00 in AA.

引用了 1 · 被以下引用 3

引用了 命题 5

被以下引用 命题 4, V § 2, 命题 2, VI § 1, 命题 9, VI § 3

应用命题5到E=AE = A就足够了。

注 04GD

假设 AA 是 诺特 在此推论中至关重要。对于例,令AA为映射从R\mathbf{R}对其自身无限微分的环,并令mm为函数ff的AA由……组成的(极大)理想,使得f(0)=0f(0) = 0。 ⋂n=0∞mn\bigcap_{n=0}^\infty m^n是函数ff的集合是直接的,使得f(n)(0)=0f^{(n)}(0) = 0对于所有n≥0n \geq 0并且存在这样的函数与f(x)≠0f(x) \neq 0,对于所有x≠0x \neq 0,对于例函数 ff 由 f(x)=e−1/x2f(x) = e^{-1/x^2} 定义为 x≠0x \neq 0 和 f(0)=0f(0) = 0。

定义 1 04GE

设A\mathbf{A}为拓扑环。如果A\mathbf{A}的双边理想mm使得A\mathbf{A}上的给定拓扑是mm进数拓扑,则mm称为定义理想&A\mathbf{A}上的拓扑。

引用了 2

引用了 II § 2. 环和模分数, 命题 15, II § 2

令AA为交换律诺特环,mm为AA的理想,tt其根式(章II, § 2, no. 6)。如果m′m'是mm-adic拓扑的定义理想,则存在整数n>0n > 0,使得m′n⊂m{m'}^n \subset m(§2§ 2,no. 5),因此m′⊂tm' \subset t;相反,由于AA是诺特,因此存在整数k>0k > 0使得tk⊂mt^k \subset m(章II, § 2, no. 6,命题15),因此tt是*最大的定义理想* mm-adic 拓扑。

3. 扎里斯基环

命题 6 04GF

设AA是可交换的诺特环,而mm是AA的理想。以下属性是等效的: (a) mm 包含在AA 的雅各布森根中。 (b) 每个有限生成的 AA-模都是具有 mm-adic 拓扑的 Hausdorff。 (c) 对于每个有限生成的AA-模块EE,EE的每个子模相对于EE上的mm-adic 拓扑是封闭的。 (d) *AA 的每个最大理想相对于 mm-adic 拓扑都是封闭的。

引用了 1 · 被以下引用 6

引用了 命题 5

被以下引用 定义 2, 习题 5, § 3, 命题 8, 命题 9, 推论 1, 推论 2, IV § 2

让我们证明 (a) 蕴涵 (b)。假设mm包含在AA的雅各布森根式中,并令EE为有限生成的AA模。如果x∈Ex \in E和m∈mm \in m使得(1−m)x=0(1 - m)x = 0,则x=0x = 0,因为1−m1 - m在AA中是可逆的。那么 (no. 2, 命题 5) EE 就是 Hausdorff 和 mm-adic 拓扑。

让我们证明(b)蕴涵(c)。假设(b)成立。令 EE 为有限生成的 AA 模块,并且 FF 子模为 EE。那么E/FE/F是带有mm-adic 拓扑的Hausdorff,它是mm-adic 拓扑在EE上的商拓扑;那么 FF 在 EE 关闭。

显然(c)意味着(d)。最后让我们证明(d)蕴涵(a)。从(d)可知,对于AA的每个最大理想aa,AA-模A/aA/a是具有mm进数拓扑的Hausdorff。这意味着m(A/a)≠A/am(A/a) \neq A/a、除非、A/aA/a上的mm-adic 拓扑是最粗糙的拓扑和A/aA/a减少到0,这是荒谬的,因为A/aA/a是*ajield*。因此,A/aA/a中mm的典范像是与A/aA/a不同的A/aA/a的理想,因此减少到0;然后m⊂am \subset a,证明mm包含在AA的雅各布森根式中。

定义 2 04GG

拓扑环 AA 被称为 Zariski 环,如果它是可交换的且诺特,并且在 AA 满足上存在拓扑的定义理想 mm,相当于命题的条件 6.

引用了 1

引用了 命题 6

Zariski 环 AA 必然是 Hausdorff (命题 6),并且其拓扑的*每个*定义理想都包含在 AA 的雅各布森根中。

扎里斯基的例环

例 1 04GH

令AA是可交换的诺特环,而mm是AA的理想。如果 AA 是 Hausdorff 并与 m-adic 拓扑 完备的,则AA 是一个 Zariski 环与此拓扑,凭借 § 2, no. 13、引理 3。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 引理 3, III § 2

被以下引用 推论 3

例 2 04GI

Zariski 环的每个 商环 A/bA/b 都是 Zariski 环,因为它是诺特,并且,如果 mm 是 AA 的定义理想,则 m(A/b)=(m+b)/bm(A/b) = (m + b)/b 包含在 A/bA/b 的雅各布森根中(*代数*、章VIII, § 6, no. 3、命题7)。

引用了 1

引用了 命题 7, A VIII § 6

例 3 04GJ

令 AA 为 诺特半局部 环,rr 为其雅各布森根式。那么 AA 与 rr-adic 拓扑是 Zariski 环。当我们将诺特半局部环视为拓扑环时,这始终是拓扑的问题(除非另有说明)。

被以下引用 2

被以下引用 命题 7, 推论 2, IV § 2

命题 7 04GK

令A,A′A, A'为两个交换环和h:A→A′h : A \to A'环同态。假设 AA 是诺特并且 A′A' 是有限生成的 AA 模块(结构由 hh 定义)。令mm为AA的理想,并令m′=mA′m' = mA'。然后:

引用了 4 · 被以下引用 2

引用了 III § 2. 。过滤后的环和模的一般结果, 例 3, 命题 5, 定理 2(克鲁尔)

被以下引用 III § 2. 。过滤后的环和模的一般结果, 推论 3, IV § 2

(i) 要使A′A'上的m′m'进数拓扑成为Hausdorff,1+h(m)1 + h(m)的元素不是A′A'中的00的除子是必要且充分的。

(ii) 如果 AA 与 mm-adic 拓扑是 Zariski 环,则 A′A' 与 m′m'-adic 拓扑是 Zariski 环。

(iii) 如果 hh 是单射(因此将 AA 与 A′A' 的子环识别),则 A′A' 上的 m′m'-adic 拓扑 AA mm-adic 上的诱导拓扑.

回想一下,A′A' 重合上的m′m'-adic 过滤和*A-模* A′A' 上的mm-adic 过滤(§ 2, no. 1,*例 3*)。因此,断言 (i) 是no. 2 的命题 5 的特例,而断言 (iii) 是no. 2 的定理 2 的特例。最后让我们展示(ii)。假设 AA 是具有 mm-adic 拓扑的 Zariski 环,并让 E′E' 是有限生成的 A′A'-模块;它也是有限生成的AA-模块以及E′E'重合上的mm-adic和m′m'-adic过滤;那么 E′E' 就是 Hausdorff 和 m′m'-adic 拓扑。最后,AA-模块A′A'是诺特,因此环A′A'是诺特,这完成了证明,A′A'是Zariski环。

4. 豪斯多夫完成诺特环

令AA为交换环,mm为AA的理想,EE为AA模;让A^\hat{A}和E^\hat{E}分别表示AA和EE相对于mm进数拓扑和jEj_E典范映射E→E^E \to \hat{E}的豪斯多夫完成。 A^×E\hat{A} \times E到E^\hat{E}定义的AA双线性映射(a,x)↦ajE(x)(a, x) \mapsto aj_E(x)和AA线性映射

αE:A^⊗AE→E^, \alpha_E : \hat{A} \otimes_A E \to \hat{E},

称为*规范*。令u:E→Fu : E \to F为AA模同态,并令u^:E→F^\hat{u} : E \to \hat{F}为通过经过完成Hausdorff完成而获得的映射;对于a∈A^a \in \hat{A},x∈Ex \in E,

αF(a⊗u(x))=ajF(u(x))=au^(jE(x))=u^(αE(a⊗x)), \alpha_F(a \otimes u(x)) = aj_F(u(x)) = a\hat{u}(j_E(x)) = \hat{u}(\alpha_E(a \otimes x)),

其他字、图表

A^⊗AE→1⊗uA^⊗AF↓αE↓αFE^→u^F^ \begin{array}{ccc} \hat{A} \otimes_A E & \xrightarrow{1 \otimes u} & \hat{A} \otimes_A F \\ \downarrow \alpha_E & & \downarrow \alpha_F \\ \hat{E} & \xrightarrow{\hat{u}} & \hat{F} \end{array}

是可交换的。最后,从 § 2, no. 12, 命题 16 可以得出,如果 E 是有限生成的,则同态 αE\alpha_E 是满射的。

定理 3 04GL

设A是可交换的诺特环,m是A和E、F、G三个有限生成A模的理想。然后:

引用了 7 · 被以下引用 7

引用了 引理 2, III § 2, 推论, 引理 8, I § 2, 推论 2, I § 1, 引理 1, I § 2, 命题 16, III § 2, 命题 1, I § 2

被以下引用 命题 9, 推论 2, 推出 4, 推出 5, 推论 1, 推论 3, 命题 16, VII § 1

(i) 如果 E→uF→vGE \xrightarrow{u} F \xrightarrow{v} G 是 A-线性映射的正合序列,序列 E^→u^F^→v^G^\hat{E} \xrightarrow{\hat{u}} \hat{F} \xrightarrow{\hat{v}} \hat{G} 通过经过获得的 Hausdorff 完备的(相对于 m-adic 拓扑)是准确的。

(ii) 规范 A-线性映射 αE:A^⊗AE→E^\alpha_E : \hat{A} \otimes_A E \to \hat{E} 是双射的。

(iii) A-模 A^\hat{A} 平坦。

我们已经看到,uu和vv是拓扑群严格的态射(no. 2,定理2的推论)。 断言 (i) 然后从 § 2, no. 12, 引理 2 得出。当 E=AE = A 时,断言 (ii) 是明显的,并且 E 是自由有限生成A-模的情况可以立即简化为该情况。在一般情况下,E 承认有限表示

L→uL′→vE⟶0 L \xrightarrow{u} L' \xrightarrow{v} E \longrightarrow 0

(章I, § 2, no. 8、引理8)。我们推导出可交换的图表

A^⊗AL→1⊗uA^⊗AL′→1⊗vA^⊗AE⟶0↓αL↓αL′↓αEL^⟶L^′⟶E^⟶ \begin{array}{ccccccccc} \hat{A} \otimes_A L & \xrightarrow{1 \otimes u} & \hat{A} \otimes_A L' & \xrightarrow{1 \otimes v} & \hat{A} \otimes_A E & \longrightarrow & 0 \\ \downarrow \alpha_L & & \downarrow \alpha_{L'} & & \downarrow \alpha_E \\ \hat{L} & \longrightarrow & \hat{L}' & \longrightarrow & \hat{E} & \longrightarrow & \end{array}

第一行是精确的 (章 I, § 2, no. 1, 引理 1),第二行 (i) 也是如此。我们已经知道 αE\alpha_E 是满射 (§ 2, no. 12, 命题 16);另一方面,由于 αL\alpha_L 和 αL′\alpha_{L'} 是双射,1⊗v1 \otimes v 是满射,αE\alpha_E 凭借章 I, § 1, no. 4 是单射的,推论 2 到命题 2;这表明 (ii)。

然后从(i)和(ii)得出,如果aa是A的理想(必然是有限生成的),则典范映射A^⊗Aa→A^\hat{A} \otimes_A a \to \hat{A}是单射的,是a^→A^\hat{a} \to \hat{A}和αE\alpha_E的合成,这证明A^\hat{A}是平的AA模(章I, § 2, no. 3,命题1)。

在定理 3 的条件下,A^⊗AE\hat{A} \otimes_A E通常通过典范映射αE\alpha_E与EE识别。如果 u:E→Fu : E \to F 是有限生成的 AA 模块中的同态,则u^:E→F^\hat{u} : E \to \hat{F} 则凭借图表的交换律与 1@u1 @ u 进行识别 (4)。

推论 1 04GM

设AA是可交换的诺特环,mm是AA的理想,EE是有限生成的AA模,FF和GG两个子模 EE。让A,E,F,GA, E, F, G被赋予mm-adic拓扑,并让ii从EE到ee为典范映射。然后:

F^=A^.i(F),(F+G)∧=F^+G^,(F∩G)∧=F^∩G^, \hat{F} = \hat{A}.i(F), \quad (F + G)^{\wedge} = \hat{F} + \hat{G}, \quad (F \cap G)^{\wedge} = \hat{F} \cap \hat{G},
(F:G)∧=F^:G^. (F : G)^{\wedge} = \hat{F} : \hat{G}.
引用了 3 · 被以下引用 2

引用了 命题 12, I § 2, 命题 6, I § 2, 定理 3

被以下引用 推论, 命题 8

此外,如果aa和bb是AA和c=ab,c^=a^b^c = ab, \hat{c} = \hat{a}\hat{b}的两个理想。

到定理 3,E^,F^,G^\hat{E}, \hat{F}, \hat{G} 被规范地标识为 A^⊗AE,A^⊗AF,A^⊗AG\hat{A} \otimes_A E, \hat{A} \otimes_A F, \hat{A} \otimes_A G,从而建立了前两个公式。第三个和第四个分别是章I, § 2, no. 6、命题6和no. 10、命题12。最后,如a^=A^i(a),b^=A^i(b),c^=A^i(c)\hat{a} = \hat{A}i(a), \hat{b} = \hat{A}i(b), \hat{c} = \hat{A}i(c),

c^=A^i(ab)=A^i(a)i(b)=a^b^. \hat{c} = \hat{A}i(ab) = \hat{A}i(a)i(b) = \hat{a}\hat{b}.

推论 2 04GN

令 AA 为交换诺特环,mm AA 的理想,A^\hat{A} AA 相对于 mm-adic 拓扑的豪斯多夫完成。如果元素a∈Aa \in A不是AA中的0的除子,则A^\hat{A}中的典范像a′a'也不是A^\hat{A}中的0的除子。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 命题 3, I § 2

被以下引用 习题 7, § 2

由于 A^\hat{A} 是扁平 AA 模,因此推论是章 I, § 2, no. 4、命题 3 (i) 的特例。

推论 3 04GO

如果AA是可交换的诺特环,则形式幂级数A[[X1,…,Xn]]A[[X_1, \ldots, X_n]]的环是平AA模。

引用了 4

引用了 推论 3, I § 2, 例 1, 定理 2(克鲁尔), 定理 3

多项式环的完成

B=A[X1,…,Xn] B = A[X_1, \ldots, X_n]
对于mm-adic 拓扑,其中mm是没有常数项的多项式的集合(§2,§ 2,no. 12,例1);因为 BB 是诺特(§2,§ 2, no. 10,推论 2 到定理 2),A[[X1,…,Xn]]A[[X_1, \ldots, X_n]] 是定理 3 的扁平 BB 模,并且,因为 BB 是免费的 AA 模, A[[X1,…,Xn]]A[[X_1, \ldots, X_n]] 是扁平 AA 模(章 I, § 2, no. 7,推论 3 到命题 8)。

命题 8 04GP

令 AA 为交换诺特环,mm AA,A^\hat{A} AA 相对于 mm-adic 拓扑和 jj 的豪斯多夫完成式典范映射从AA到A^\hat{A}。的: (i) A^\hat{A} 是 Zariski 环,m^=A^.j(m)\hat{m} = \hat{A}.j(m) 是 A^\hat{A} 的定义理想。

引用了 7 · 被以下引用 3

引用了 推论 2, III § 2, 推出 5, III § 2, 命题 6, 命题 2, II § 2, II § 2. 环和模分数, 推论 1, 命题 9, II § 3

被以下引用 习题 13, § 3, 习题 14, § 3, 推论

(ii) 映射 n↦A=A^.j(n)n \mapsto A = \hat{A}.j(n) 是 AA 包含 最大理想集合双射* mm 到 A^\hat{A} 最大理想集合和 q↦j−1(q)q \mapsto j^{-1}(q) 是逆双射。

(iii) 设nn*为*AA*包含*mm的最大理想。 同态 j′:An→A^n^j': A_n \to \hat{A}_{\hat{n}} 源自 jj 是单射;如果 AA,*通过* jj 与 A^\hat{A}的子环进行识别,** (nAn)(nA_n)*-adic 拓扑 on* AnA_n 由 AA*-adic 拓扑 on*诱导A^n^\hat{A}_{\hat{n}} 和 AnA_n 密集于 AA,*与* AA*-adic 拓扑*。

让我们展示(i)。由于mm是有限生成的理想,(mn)∧=(m^)n=mnA^(m^n)^{\wedge} = (\hat{m})^n = m^n \hat{A}(§ 2, no. 12,推论2到命题16)和A^\hat{A}上的拓扑是mm-adic拓扑。由于A^/m^\hat{A}/\hat{m}与A/mA/m同构的,它是诺特环,并且m^=mA^\hat{m} = m \hat{A}是有限生成的AA模块,因此A^\hat{A}是诺特(§ 2, no. 10,推论5 定理2);最后,由于 A^\hat{A} 是 Hausdorff 并且相对于 mm-adic 拓扑来说是完整的,A^\hat{A} 是 Zariski 环 (no. 3, 例 1)。

断言 (ii) 紧接着从jj派生的典范同态A/m+A^/m^A/m + \hat{A}/\hat{m}是双射的事实以及A^\hat{A}包含于m^\hat{m}的每个最大理想,因为A^\hat{A}是Zariski环和Jacobson根式A^\hat{A} 然后包含 mm(no. 3,命题 6)。

最后让我们证明(iii)。作为n=j−1(A)n = j^{-1}(A),j(A−n)⊂A^−n^j(A - n) \subset \hat{A} - \hat{n}和jj当然是定义同态j′:An→A^n^j': A_n \to \hat{A}_{\hat{n}}(章II, § 2, no. 1,命题2)。让我们证明 j′j' 是单射的;让a∈A,s∈A−na \in A, s \in A - n这样

j′(a/s)=j(a)/j(s)=0; j'(a/s) = j(a)/j(s) = 0;
则存在s′∈A^−n^s' \in \hat{A} - \hat{n},使得A^\hat{A}中j(a)j(a)的s′j(a)=0s'j(a) = 0(章II, § 2, no. 1,*注* 3)和湮没子因此不包含在n^\hat{n}中。现在,如果AA中bb是aa的湮没子,则A^\hat{A}中j(a)j(a)的湮没子是bb(推论1到定理3);因此b∉nb \notin n,它表明a/s=0a/s = 0。

此外,还有一个可交换的图表

A/nk⟶An/(nAn)kh↓h′↓A^/n^k⟶A^n^/(n^A^n^)k \begin{array}{ccc} A/n^k & \longrightarrow & A_n/(nA_n)^k \\ h \downarrow & & h' \downarrow \\ \hat{A}/\hat{n}^k & \longrightarrow & \hat{A}_{\hat{n}}/(\hat{n}\hat{A}_{\hat{n}})^k \end{array}
其中hh和h′h'分别源自jj和j′j',水平箭头是章II, § 3, no. 3、命题9的典范同构。 由于nkn^k是AA的开放理想(因为它包含mkm^k),hh是双射的,因此h′h'也是双射的。 这首先表明AnA_n上的(nAn)k=j′((n^A^n^)k)(nA_n)^k = j'((\hat{n}\hat{A}_{\hat{n}})^k)以及拓扑是由AnA_n上的⟦⟦⟧诱导的;此外,A^n^=An+(n^A^n^)k\hat{A}_{\hat{n}} = A_n + (\hat{n}\hat{A}_{\hat{n}})^k对于所有k>0k > 0,因此AnA_n在AnA_n中处处稠密。

推论 04GQ

设* AA 为诺特局部(或*半局部*)*环和*mm 其雅各布森激进式。那么 A^\hat{A} 是诺特局部(或*半局部*)*环,其雅各布森根式是* m^\hat{m}。

引用了 2

引用了 命题 8, 推论 1

A^\hat{A} 是诺特命题 8 (i),其余部分由命题 8 (ii) 和推论 1 中的第三个公式到定理 3。

5. 完成 ZARISKI 环

命题 9 04GR

设AA是可交换的诺特环,mm是AA的理想;让 AA 被赋予 mm-adic 拓扑。为了使 A^\hat{A} 成为忠实的扁平 AA 模,AA 是 Zariski 环是充分必要的。

引用了 3 · 被以下引用 3

引用了 命题 1, I § 3, 命题 6, 定理 3

被以下引用 命题 10, 推论 2, 推出 4

对于每个有限生成的AA-模块MM,典范映射M→M⊗AA^M \to M \otimes_A \hat{A}都用典范映射M→M^M \to \hat{M}标识,从MM到其相对于mm-adic拓扑(no. 4,那么这个映射的定理3)和核就是MM中的{0}\{0\}相对于这个拓扑的闭包。我们已经知道,A^\hat{A}是一个平坦的AA模块(no. 4,定理3),命题源自忠实平坦的模(章I, § 3, no. 1,命题1(b))的刻画,并且扎里斯基的刻画环(no. 3,命题6)。

如果 AA 是 Zariski 环并且 EE 是有限生成的 AA 模块,我们可以(凭借命题 9)认同 EE 以及 E^\hat{E} 的子集通过典范映射 jE:E→E^j_E : E \to \hat{E}。有了这个标识:

推论 1 04GS

令 AA 为 Zariski 环,EE 为有限生成的 AA 模块,FF 子模为 EE。然后F=F^∩E=(A^F)∩EF = \hat{F} \cap E = (\hat{A}F) \cap E。

引用了 2

引用了 命题 10, I § 3, 命题 6

这是章 I, § 3, no. 5, 命题 10 (ii) 的特例,它也是从 no. 3, 命题 6 得出的。

推论 2 04GT

令 AA 为 Zariski 环,EE 为有限生成的 AA 模块。如果 E^\hat{E} 是免费的 AA 模块,则 EE 是免费的 AA 模块。

引用了 4 · 被以下引用 1

引用了 命题 5, II § 3, 定理 3, 命题 2, I § 3, 命题 9

被以下引用 推论 3

令 mm 为 AA 的定义理想,因此它包含在 AA 的雅各布森根式中。 我们应用章II, § 3, no. 5、命题5的标准:典范映射jE:E→E^j_E : E \to \hat{E}定义双射iE:E/mE→E^/(mE)∧i_E : E/mE \to \hat{E}/(mE)^{\wedge};同样典范映射jA:A→A^j_A : A \to \hat{A}定义双射iA:A/m→A^/m^i_A : A/m \to \hat{A}/\hat{m},即环同构。 然后(mE)∧=A^.mE=m^E^(mE)^{\wedge} = \hat{A}.mE = \hat{m}\hat{E} (no. 4, 定理 3),因此E^/(mE)∧\hat{E}/(mE)^{\wedge}被赋予一个(A^/m^)(\hat{A}/\hat{m})模块结构,因此(通过iAi_A)一个(A/m)(A/m)模块结构。 It is immediate that iEi_E is (A/m)(A/m)-linear, so that it is an (A/m)(A/m)-module isomorphism. 由于 E^/m^E^\hat{E}/\hat{m}\hat{E} 是免费的 (A^/m^)(\hat{A}/\hat{m}) 模块,E/mEE/mE 是免费的 (A/m)(A/m) 模块。

另一方面,令ν:m⊗AE→E\nu : m \otimes_A E \to E为典范同态;因为 (m⊗AE)⊗AA^(m \otimes_A E) \otimes_A \hat{A} 与 m⊗AE^m \otimes_A \hat{E} 和 E⊗AA^E \otimes_A \hat{A} 与 E^\hat{E} (no. 4, 定理 3)、假设被规范地标识为 E^\hat{E} 是一个自由的 A^\hat{A} 模块,这意味着同态 ν⊗1:m^⊗A^E^→E^\nu \otimes 1 : \hat{m} \otimes_{\hat{A}} \hat{E} \to \hat{E} 是单射。由于 A^\hat{A} 是一个忠实的扁平 AA 模 (命题 9),我们结论 ν\nu 是单射 (章 I, § 3, no. 1, 命题 2) 和条件对于应用上述标准确实是实现了。

推论 3 04GU

令AA为Zariski环,使得A^\hat{A}为整环,并令aa为AA的理想。如果A^\hat{A}的理想aA^a\hat{A}为主,则aa为主。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 推论 2

被以下引用 命题 16, VII § 1

这是推论2的一个特例。

推出 4 04GV

令AA为Zariski环,使得A^\hat{A}为整环,A^\hat{A}的分数的LL域以及分数的K⊂LK \subset L域 AA;然后A^∩K=A\hat{A} \cap K = A。

引用了 2 · 被以下引用 1

引用了 命题 9, 定理 3

被以下引用 命题 16, VII § 1

显然A⊂A^∩KA \subset \hat{A} \cap K;另一方面,如果x∈A^∩Kx \in \hat{A} \cap K,则A^x⊂A^\hat{A}x \subset \hat{A},因此为A^x=A^⊗A(Ax)\hat{A}x = \hat{A} \otimes_A (Ax)(no. 4,定理 3),A^⊗A((Ax+A)/A)=0\hat{A} \otimes_A ((Ax + A)/A) = 0。由于A^\hat{A}是一个忠实的扁平AA模(命题9),我们推断出Ax⊂AAx \subset A,从而x∈Ax \in A。

推出 5 04GW

令AA是可交换的诺特环,E,FE, F两个有限生成的AA模,u:E→Fu : E \to F是AA同态。对于 AA 的每个最大理想 mm,令 A(m)A(m)(分别为 E(m),F(m)E(m), F(m))表示 AA(分别为 E,FE, F)相对于 mm-adic 拓扑和 u(m):E(m)→F(m)u(m) : E(m) \to F(m) 的 Hausdorff 完成相应的同态至uu。对于 uu 是单射的(分别是满射、双射的、零),u(m)u(m) 对于每个最大理想 m∉Am \notin A 都是必要且充分的。

引用了 5

引用了 推论 2, II § 2, 定理 1, II § 3, 命题 18, III § 2, 命题 9, I § 3, 定理 3

我们知道,要使 uu 成为单射(或满射、双射的、零),um:Em→Fu_m : E_m \to F 对于 AA 的每个最大理想 mm 都是必要且充分的(章 II, § 3, no. 3、定理 1)。我们现在注,AA是诺特局部环(章II, § 2, no. 4,推论2到命题10),因此是Zariski环,并且存在规范的AA-代数同构A^m→A(m)\hat{A}_m \to A(m)(§ 2, no. 13,命题18)。另一方面(从no. 4开始),有一个可交换的图表

Em⊗AmA(m)⟶E⊗AA(m)⟶E(m)um⊗1↓↓u⊗1↓u(m)Fm⊗AmA(m)⟶F⊗AA(m)⟶F(m) \begin{array}{ccc} E_m \otimes_{A_m} A(m) & \longrightarrow & E \otimes_A A(m) \longrightarrow E(m) \\ u_m \otimes 1 \downarrow & & \downarrow u \otimes 1 \downarrow u(m) \\ F_m \otimes_{A_m} A(m) & \longrightarrow & F \otimes_A A(m) \longrightarrow F(m) \end{array}

其中左侧的水平箭头来自张量积和同构 Em→E⊗AAm,Fm→F⊗AAmE_m \to E \otimes_A A_m, F_m \to F \otimes_A A_m 的结合性;由于EE和FF是有限生成的AA模块,因此从no. 4,定理3可以得出,这个图表的行由同构组成;因此,我们被简化为证明,umu_m是单射(分别是满射、双射的、零)等价于um⊗1u_m \otimes 1。但这源于以下事实:A^m\hat{A}_m(因此也是A(m)A(m))是命题 9(章I, § 3, no. 1、命题 1 和 2)的忠实平坦AmA_m模。

命题 10 04GX

令 A,BA, B 为两个 Zariski 环、A^,B^\hat{A}, \hat{B} 它们的完成,f:A→Bf : A \to B 连续的环同态和 f^:A^→B^\hat{f} : \hat{A} \to \hat{B} 同态从 ff 通过经过获得到完成;如果 f^\hat{f} 是双射的,则 AA-模 BB 是忠实平坦的。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 命题 9

被以下引用 命题 11

由于 AA 和 BB 是 Hausdorff,因此 f^\hat{f} 是双射的假设首先意味着 ff 是单射的。通过off方法将AA与f(A)f(A)(代数地)识别,并通过f^\hat{f}将A^\hat{A}与B^\hat{B}进行识别,然后我们得到包含物A⊂B⊂A^=8A \subset B \subset \hat{A} = \mathbf{8};我们知道A^\hat{A}是一个忠实平坦的AA模块和一个忠实平坦的BB模块(命题9);我们结论认为BB是一个忠实的扁平AA模块(章I, § 3, no. 4,注2)。

命题 11 04GY

令A\mathbf{A}为诺特局部环,mm其最大理想,A^\hat{\mathbf{A}}其mm进数补全,以及BB环使得A⊂B⊂A^\mathbf{A} \subset B \subset \hat{\mathbf{A}}。假设BB是诺特局部环,其最大理想nn满足关系n=mBn = mB。然后

nk=mkB=m^k∩B n^k = m^kB = \hat{m}^k \cap B
引用了 2

引用了 命题 10, 推论 1, TG II § 3

对于所有k≥1k \geq 1,BB上的nn-adic 拓扑是由A^\hat{\mathbf{A}}上的mm-adic 拓扑诱导的,BB是一个忠实的平坦A\mathbf{A}-模,并且有同构 A^\hat{\mathbf{A}} 到 BB 的nn-adic补全B^\hat{B},其中扩展典范嵌入A→B\mathbf{A} \to B。

验证关系nk=m^k∩Bn^k = \hat{m}^k \cap B就足够了,因为BB在A^\hat{\mathbf{A}}中是稠密的,并且nn-adic拓扑是由mm-adic拓扑诱导的,最后一个断言将从*一般得出拓扑*、章 II, § 3, no. 9,推论 1 到命题 18 以及命题 10 中的最后一个,单射 jA:A→A^j_A : \mathbf{A} \to \hat{\mathbf{A}}(分别为 j:B→A^j : B \to \hat{\mathbf{A}})定义通过取商单同态

i1:A/(m^∩A)→A^/m^ i_1 : \mathbf{A}/(\hat{m} \cap \mathbf{A}) \to \hat{\mathbf{A}}/\hat{m}

(分别iB:B/(m^∩B)→A^/m^i_B : B/(\hat{m} \cap B) \to \hat{\mathbf{A}}/\hat{m})。我们知道m∩A=mm \cap \mathbf{A} = m和iAi_A是双射的,因此iBi_B是双射的,这表明B/(m^∩B)B/(\hat{m} \cap B)是域,因此m^∩B\hat{m} \cap B是BB的极大理想,因此m∩B=nm \cap B = n。如A=A+m\mathbf{A} = \mathbf{A} + m、B=A+n=A+mBB = A + n = A + mB;由归纳在 kk 我们推断出

B=A+mkB=A+nk B = A + m^kB = A + n^k

对于所有k>1k > 1。作为nk⊂m^k∩Bn^k \subset \hat{m}^k \cap B,证明m^k∩B⊂nk\hat{m}^k \cap B \subset n^k就足够了;如果b∈m^k∩Bb \in \hat{m}^k \cap B,我们可以写成b=a+zb = a + z,其中a∈Aa \in \mathbf{A},z∈nkz \in n^k; 从而

a=b−z∈m^k∩A=mk⊂nk a = b - z \in \hat{m}^k \cap \mathbf{A} = m^k \subset n^k

和b∈nkb \in n^k。

\* 应用此方法的一个重要情况如下:BB是级数在完整值域上的nn变量的积分环,其收敛于0的邻域,A\mathbf{A}是局部环

K[X1,…,Xn]p K[X_1, \ldots, X_n]_{\mathfrak{p}}

其中 p\mathfrak{p} 是没有常数项的多项式的最大理想由……组成,A^\hat{\mathbf{A}} 是形式幂级数 K[[X1,…,Xn]]K[[X_1, \ldots, X_n]] 的环。 \*

注 04GZ

局部环BB使得A⊂B⊂A^\mathbf{A} \subset B \subset \hat{\mathbf{A}},其最大理想nn等于mBmB并且其nn-adic拓扑由A\mathbf{A}上的mm-adic拓扑诱导,不一定是诺特(习题14)。

引用了 1

引用了 习题 14, § 3

命题 12 04H0

令 AA 为交换律诺特环,mm AA 的理想,SS AA 的乘法子集 1+m1 + m 和 EE 有限生成AA-模块。在这些条件下:

引用了 2

引用了 推论 2, II § 2, 命题 5

(i) S−1AS^{-1}A 是 Zariski 环与 (S−1mS^{-1}m)-adic 拓扑。

(ii) 典范映射 f:E→S−1Ef : E \to S^{-1}E 是连续的,如果 EE 给定 m-adic 拓扑且 S−1ES^{-1}E ** (S−1m)(S^{-1}m)-adic 拓扑且 f^:E→(S−1E)∧\hat{f} : E \to (S^{-1}E)^{\wedge} 为同构。

1+(S−1m)1 + (S^{-1}m)的每个元素都是形式

1+(m/(1+m′))=(1+m+m′)/(1+m) 1 + (m/(1 + m')) = (1 + m + m')/(1 + m)
其中 m∈mm \in m 和 m′∈mm' \in m;因此它在 S−1AS^{-1}A 中是可逆的,这证明 S−1mS^{-1}m 包含在 S−1AS^{-1}A 的雅各布森根式中;因为 S−1AS^{-1}A 是诺特(章 II, § 2, no. 4,推论 2 到命题 10),S−1AS^{-1}A 是带有 (S−1m)(S^{-1}m)-adic 拓扑的 Zariski 环,这证明了 (i)。让我们展示 (ii)。对于所有n>0n > 0,
fˉ−1((S−1m)nE)=fˉ′(S−1(mnE))=mnE: \bar{f}^{-1}((S^{-1}m)^nE) = \bar{f}'(S^{-1}(m^nE)) = m^nE:
首先显然是f(mnE)⊂S−1mnEf(m^nE) \subset S^{-1}m^nE;反之,令xx为fˉ−1(S−1mnE)\bar{f}^{-1}(S^{-1}m^nE)的元素;则存在mm和x′′∈mnEx'' \in m^nE的元素m′,m′′m', m''使得(1+m′)((1+m′′)x−x′′)=0(1 + m')((1 + m'')x - x'') = 0,从而(1−m)x=x′(1 - m)x = x',其中
m=−(m′+m′′+m′m′′)∈m m = -(m' + m'' + m'm'') \in m
和x′=(1+m′)x′′∈mnEx' = (1 + m')x'' \in m^nE;我们结论那个
x=(1+m+⋯+mn−1)x′+mnx∈mnE. x = (1 + m + \cdots + m^{n-1})x' + m^n x \in m^nE.
这证明ff是严格的态射。此外,ff的核,即x∈Ex \in E的集合,存在一些s∈Ss \in S使得sx=0sx = 0,与典范映射j:E→E^j : E \to \hat{E}的核相同(no. 2, 命题5)。然后有一个拓扑同构f0:j(E)→f(E)f_0 : j(E) \to f(E)使得f=f0∘jf = f_0 \circ j;因为f^\hat{f}是拓扑同构,问题约化来验证f(E)f(E)在S−1ES^{-1}E中是稠密的。现在S−1ES^{-1}E的每一个元素都可以写成x/(1−m)x/(1 - m),其中m∈mm \in m,立即验证:
x/(1−m)≡((1+m+⋯+mn−1)x)/1(modS−1mnE) x/(1 - m) \equiv ((1 + m + \cdots + m^{n-1})x)/1 \pmod{S^{-1}m^nE}
完成证明。

习题

参见习题为 § 3。

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