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3. 诺特环上的m \mathfrak{m} 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} A 为过滤后的交换环,E为过滤后的A \mathbf{A} A 模块,( A n ) (\mathbf{A}_n) ( A n ) 和( E n ) (E_n) ( E n )
A A A 和E E E 各自的过滤;假设A 0 = A A_0 = A A 0 = A 。在多项式环 A [ X ] A[X] A [ X ] 集合 A ′ = ∑ n ≥ 0 A n X n A' = \sum_{n \geq 0} A_n X^n A ′ = ∑ n ≥ 0 A n X n 中是型 N \mathbf{N} N *的*分级亚A代数; E ⊗ A A [ X ] E \otimes_A A[X] E ⊗ A A [ X ] 的子群E ′ = ∑ n ≥ 0 E n ⊗ A A X n E' = \sum_{n \geq 0} E_n \otimes_A A X^n E ′ = ∑ n ≥ 0 E n ⊗ A A X n 是型N \mathbf{N} N 的*分级A ′ A' A ′ 模块*,因为
A m X m ( E n ⊗ A A X n ) ⊂ ( A m E n ⊗ A A X n " , " ) ⊂ E m + n ⊗ A A X m + 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}.
A m X m ( E n ⊗ A A X n ) ⊂ ( A m E n ⊗ A A X n " , " ) ⊂ E m + n ⊗ A A X m + n .
令A A A 为交换环,m m m 为A A A 的理想,E E E 为A A A 模,( E n ) (E_n) ( E n ) 为加法群E E E 由……组成对子模的过滤E E E 。过滤 ( E n ) (E_n) ( E n ) 被称为 m-good 如果:* (1) m E n ⊂ E n + 1 m E_n \subset E_{n+1} m E n ⊂ E n + 1 对于所有 n ∈ Z n \in \mathbf{Z} n ∈ Z ; (2) 存在整数n 0 n_0 n 0 使得 m E n = E n + 1 m E_n = E_{n+1} m E n = E n + 1 *对于*n ≥ n 0 n \geq n_0 n ≥ n 0 。
然后q q q 乘归纳,m q E n = E n + q m^q E_n = E_{n+q} m q E n = E n + q 乘n ≥ n 0 , q ≥ 1 n \geq n_0, q \geq 1 n ≥ n 0 , q ≥ 1 。 注条件 (1) 意味着如果A A A 被给予m m m -adic 过滤,则过滤( E n ) (E_n) ( E n ) 与E E E 上的A A A 模块结构兼容。显然,在每个A A A -模块E E E 上,m m m -adic 过滤都是良好的。如果 A A A -模块 E E E 上的过滤是 m-good,则 E E E 的任何商模上的商过滤是 m-good。
令A A A 为交换环,m m m 为A A A 的理想,E E E 为A A A 模块,( E n ) (E_n) ( E n ) 为无限生成的子A A A 模块的加法群E E E 由……组成的过滤。假设 m E n ⊂ E n + 1 m E_n \subset E_{n+1} m E n ⊂ E n + 1 代表所有 n n n 。令A ′ A' A ′ 为A [ X ] A[X] A [ X ] 的分级子代数∑ n ≥ 0 m n X n \sum_{n \geq 0} m^n X^n ∑ n ≥ 0 m n X n ,E ′ E' E ′ 为A ′ A' A ′ -模块∑ n ≥ 0 E n ⊗ A A X n \sum_{n \geq 0} E_n \otimes_A A X^n ∑ n ≥ 0 E n ⊗ A A X n 的分级。以下两个条件是等效的:* (a) 过滤 ( E n ) (E_n) ( E n ) 很好。 (b) *E ′ E' E ′ 是有限生成的A ′ A' A ′ 模块。
被以下引用 2 被以下引用 习题 4, § 3 , 命题 1
假设 m E n − 1 = E n m E_{n-1} = E_n m E n − 1 = E n 对应 n > n 0 ≥ 0 n > n_0 \geq 0 n > n 0 ≥ 0 。对于i ≤ n 0 i \leq n_0 i ≤ n 0 ,令( e i ) i ≤ n 0 (e_i)_{i \leq n_0} ( e i ) i ≤ n 0 为A A A 模E i E_i E i 的生成元的有限系统。由于A A A -模块E n ⊗ A A X n E_n \otimes_A A X^n E n ⊗ A A X n 是由元素e n , j ⊗ X n e_{n,j} \otimes X^n e n , j ⊗ X n 为0 ≤ n ≤ n 0 0 \leq n \leq n_0 0 ≤ n ≤ n 0 生成的,并且等于
m n − n 0 E n 0 ⊗ A A X n
m^{n-n_0} E_{n_0} \otimes_A A X^n
m n − n 0 E n 0 ⊗ A A X n 对于
n > n 0 n > n_0 n > n 0 ,
A ′ A' A ′ -模块
E ′ E' E ′ 由元素
e n , j ⊗ X n e_{n,j} \otimes X^n e n , j ⊗ X n 生成,对于
0 ≤ n ≤ n 0 0 \leq n \leq n_0 0 ≤ n ≤ n 0 和
1 ≤ j ≤ r n 1 \leq j \leq r_n 1 ≤ j ≤ r n ;那么它肯定是有限生成的。
相反,如果E ′ E' E ′ 是有限生成的A ′ A' A ′ 模块,则它是由形式e k ⊗ X n ( k ) e_k \otimes X^{n(k)} e k ⊗ X n ( k ) 的元素有限族生成的,其中e k ∈ E n ( k ) e_k \in E_{n(k)} e k ∈ E n ( k ) 。设n 0 n_0 n 0 为整数n ( k ) n(k) n ( k ) 中的最大的。然后对于 n ≥ n 0 n \geq n_0 n ≥ n 0 和 f ∈ E n f \in E_n f ∈ E n ,
f ⊗ X n = ∑ k t k ( e k ⊗ X n ( k ) )
f \otimes X^n = \sum_k t_k (e_k \otimes X^{n(k)})
f ⊗ X n = k ∑ t k ( e k ⊗ X n ( k ) ) 其中
t k ∈ A ′ t_k \in A' t k ∈ A ′ ; 替换如果需要为
t t t ,则根据其齐次分量次数
n − n ( k ) n - n(k) n − n ( k ) ,我们可以假设为
t k = a k X n − n ( k ) t_k = a_k X^{n-n(k)} t k = a k X n − n ( k ) ,其中
a k ∈ m n − n ( k ) a_k \in m^{n-n(k)} a k ∈ m n − n ( k ) 。
如唯一元素 X n X^n X n 形式基 of A-模 AX”,等式f ⊗ X n = ( ∑ k a k e k ) ⊗ X n f \otimes X^n = \left( \sum_k a_k e_k \right) \otimes X^n f ⊗ X n = ( ∑ k a k e k ) ⊗ X n 蕴涵f = ∑ k a k e k f = \sum_k a_k e_k f = ∑ k a k e k 。则E n ⊂ m n − n 0 E n 0 E_n \subset m^{n-n_0} E_{n_0} E n ⊂ m n − n 0 E n 0 ;由于相反包含是明显的,
E n = m n − n 0 E n 0 ,
E_n = m^{n-n_0} E_{n_0},
E n = m n − n 0 E n 0 ,
从而 E n = m E n − 1 E_n = m E_{n-1} E n = m E n − 1 n > n 0 n > n_0 n > n 0 。
设 A 为交换律诺特环,且 m 为 A 的理想。则 A [ X ] A[X] A [ X ] 的子环 A ′ = ∑ n ≥ 0 m n X n A' = \sum_{n \geq 0} m^n X^n A ′ = ∑ n ≥ 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' A ′ 是m X mX m X 生成的A-代数;因为A是诺特,m X mX m X 是有限生成A-模,然后从§ 2, no. 10、推论3到定理2得出结论。
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 → E j : F \to E j : F → 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( E n ) (E_n) ( E n ) 、( F n ) (F_n) ( 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 ≥ 0 E n ⊗ A A X n , F ′ = ∑ F n ⊗ A A X n E' = \sum_{n \geq 0} E_n \otimes_A A X^n, F' = \sum F_n \otimes_A A X^n E ′ = ∑ n ≥ 0 E n ⊗ A A X n , F ′ = ∑ F n ⊗ A A X n ;由于假设F n F_n F n 同构于E n E_n E n 的子模,我们看到F'同构于E ′ E' E ′ 的子模。通过定理 1,E ′ E' E ′ 是有限生成的 A ′ 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n 0 n_0 n 0 使得
m ( ( m n E ) ∩ F ) = ( m n + 1 E ) ∩ F
m((m^n E) \cap F) = (m^{n+1} E) \cap F
m (( m n E ) ∩ F ) = ( m n + 1 E ) ∩ F
对于所有n ≥ n 0 n \geq n_0 n ≥ n 0 。
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 a h ∩ b ⊂ a b a^h \cap b \subset ab a h ∩ b ⊂ ab 。
引用了 1 引用了 推出 1(Artin-Rees 引理)
存在 n,使得推论 1 的 a n + 1 ∩ b = a ( a n ∩ b ) ⊂ a b a^{n+1} \cap b = a(a^n \cap b) \subset ab a n + 1 ∩ b = a ( a n ∩ b ) ⊂ ab 应用于E = A , F = b E = A, F = b E = A , F = b 。
设 A 是可交换的诺特环,m 是 A 的理想,并且 x 元素是 A A A ,它不是 O O O 的除子。存在整数k > 0 k > 0 k > 0 ,对于所有n ≥ k n \geq k n ≥ k ,关系x y ∈ m n xy \in m^n x y ∈ m n 意味着y ∈ m n − k y \in m^{n-k} y ∈ 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 = A x E = A, F = A x E = A , F = A x 表明存在 k k k ,使得对于所有 n ≥ k n \geq k n ≥ k ,m n ∩ A x = m n − k ( m k ∩ A x ) m^n \cap Ax = m^{n-k}(m^k \cap Ax) m n ∩ A x = m n − k ( m k ∩ A x ) 。那么,如果x y ∈ m n xy \in m^n x y ∈ m n ,
x y ∈ m n ∩ A x ⊂ m n − k x
xy \in m^n \cap Ax \subset m^{n-k}x
x y ∈ m n ∩ A x ⊂ m n − k x
并且,由于x x x 不是0 0 0 的除子,我们推断出y ∈ m n − k y \in m^{n-k} y ∈ m n − k 。
在运输者的记号(章I, § 2, no. 10)中,推论3的结论为
(2)
m n : A x ⊂ m n − k .
m^n : Ax \subset m^{n-k}.
m n : A x ⊂ m n − k .
令 A A A 为可交换的诺特环,m m m A A A 、E E E 的理想,分别生成 A A A 模以及 ( E n ) (E_n) ( E n ) 和 ( E n ′ ) (E'_n) ( E n ′ ) 两个过滤由……组成子模 E E E 。假设当A A A 被给予m m m -adic过滤时,过滤( E n ) (E_n) ( E n ) 和( E n ′ ) (E'_n) ( E n ′ ) 与E E E 上的A A A 模块结构兼容。如果过滤 ( E n ) (E_n) ( E n ) 为 m m m -良好,并且对于所有 n ∈ Z n \in \mathbf{Z} n ∈ Z 为 E n ′ ⊂ E n E'_n \subset E_n E n ′ ⊂ E n ,则过滤 ( E n ′ ) (E'_n) ( E n ′ ) 为 m m m -良好。 这是命题 1 的特例。
引用了 1 引用了 命题 1
令A , B A, B A , B 为两个可交换的诺特环、ϕ : A → B \phi : A \to B ϕ : A → B 环同态、E E E 有限生成的A A A 模块和F F F 有限生成的B B B 模块。那么H o m A ( E , ϕ ∗ ( F ) ) \mathrm{Hom}_A(E, \phi_*(F)) Hom A ( E , ϕ ∗ ( F )) 是一个有限生成的B B B -模块。
被以下引用 1 被以下引用 命题 2
假设存在满射A A A 同态v : A n → E v : A^n \to E v : A n → E ;因此,H o m A ( E , ϕ ∗ ( F ) ) \mathrm{Hom}_A(E, \phi_*(F)) Hom A ( E , ϕ ∗ ( F )) 到H o m A ( A n , ϕ ∗ ( F ) ) \mathrm{Hom}_A(A^n, \phi_*(F)) Hom A ( A n , ϕ ∗ ( F )) 的映射u ↦ u ∘ v u \mapsto u \circ v u ↦ u ∘ v 是单射的,并且由于B B B 是诺特,因此足以证明H o m A ( A n , ϕ ∗ ( F ) ) \mathrm{Hom}_A(A^n, \phi_*(F)) Hom A ( A n , ϕ ∗ ( F )) 是有限生成的B B B 模;这是直接的,因为它与F n F^n F n 同构的。
令A A A 是可交换的诺特环,m m m 是A A A 和E , F E, F E , F 两个有限生成的A A A 模的理想。如果( F n ) (F_n) ( F n ) 是F F F 上的m m m -良好过滤,则子模H o m A ( E , F n ) \mathrm{Hom}_A(E, F_n) Hom A ( E , F n ) 形式是A A A -模块H o m A ( E , F ) \mathrm{Hom}_A(E, F) Hom A ( E , F ) 上的m m m -良好过滤。 正如 m k F n ⊂ F n + k m^k F_n \subset F_{n+k} m k F n ⊂ F n + k 与 n ∈ Z , k ≥ 0 n \in \mathbf{Z}, k \geq 0 n ∈ Z , k ≥ 0 一样,也成立
m k H o m A ( E , F n ) ⊂ H o m A ( E , F n + k ) ;
m^k \mathrm{Hom}_A(E, F_n) \subset \mathrm{Hom}_A(E, F_{n+k});
m k Hom A ( E , F n ) ⊂ 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( H o m A ( E , F n ) ) n ∈ Z (\mathrm{Hom}_A(E, F_n))_{n \in \mathbf{Z}} ( Hom A ( E , F n ) ) n ∈ Z 是H o m A ( E , F ) \mathrm{Hom}_A(E, F) Hom A ( E , F ) 上的过滤,与其模结构兼容,超过环A A A 由m m m adic过滤过滤。由于E E E 是有限生成的,因此存在整数r > 0 r > 0 r > 0 和一个满射A A A 同态u : A r → E u : A^r \to E u : A r → E ,其中定义一个单射A A A 同态
v = H o m ( u , 1 F ) : H o m A ( E , F ) → H o m A ( A r , F ) ;
v = \mathrm{Hom}(u, 1_F) : \mathrm{Hom}_A(E, F) \to \mathrm{Hom}_A(A^r, F);
v = Hom ( u , 1 F ) : Hom A ( E , F ) → Hom A ( A r , F ) ;
显然 v v v 与过滤( H o m A ( E , F n ) ) (\mathrm{Hom}_A(E, F_n)) ( Hom A ( E , F n )) 和 ( H o m A ( A r , F n ) ) (\mathrm{Hom}_A(A^r, F_n)) ( Hom A ( A r , F n )) 相容的。 由于H o m A ( E , F ) \mathrm{Hom}_A(E, F) Hom A ( E , F ) 和H o m A ( A r , F ) \mathrm{Hom}_A(A^r, F) 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( H o m A ( A r , F ) ) (\mathrm{Hom}_A(A^r, F)) ( Hom A ( A r , F )) 是m-good;但这是直接的,因为典范同构H o m A ( A r , F r ) → F n r \mathrm{Hom}_A(A^r, F_r) \to F_n^r Hom A ( A r , F r ) → F n r 的存在以及关系m F n = F n + mF_n = F_n + m F n = F n + 的事实,意味着m ( F n r ) = ( m F n ) r = F n + 1 r m(F_n^r) = (mF_n)^r = F_{n+1}^r m ( F n r ) = ( m F n ) r = F n + 1 r (代数,章II, § 3, no. 7,注)。
令 A A A 为诺特环,且 m m m 为 A A A 的理想,使得 A A A 为 Hausdorff,且相对于 m 进数拓扑完整。令E E E 为过滤环A A A 上的过滤A A A 模,A A A 的过滤( E n ) (E_n) ( E n ) 使得E 0 = E E_0 = E E 0 = E 和E E E 是相对于由( E n ) (E_n) ( E n ) 定义的拓扑的Hausdorff。那么下面的条件是等价的: (a) E E E 是有限生成的 A A A 模块,( E n ) (E_n) ( E n ) 是 m-good 过滤。 (b) g r ( E ) \mathrm{gr}(E) gr ( E ) 是有限生成的 g r ( A ) \mathrm{gr}(A) gr ( A ) 模块。 (c) 对于所有n ≥ 0 n \geq 0 n ≥ 0 ,g r n ( E ) \mathrm{gr}_n(E) gr n ( E ) 是有限生成的A A A 模块,并且存在n 0 n_0 n 0 ,使得对于n ≥ n 0 n \geq n_0 n ≥ n 0 典范同态
g r 1 ( A ) ⊗ A g r n ( E ) → g r n + 1 ( E )
\mathrm{gr}_1(A) \otimes_A \mathrm{gr}_n(E) \to \mathrm{gr}_{n+1}(E)
gr 1 ( A ) ⊗ A gr n ( E ) → 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g r ( E ) \mathrm{gr}(E) gr ( E ) 是由g r p ( E ) \mathrm{gr}_p(E) gr p ( E ) 的和为p ≤ n 0 p \leq n_0 p ≤ n 0 生成的g r ( A ) \mathrm{gr}(A) 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 g r n ( E ) \mathrm{gr}_n(E) gr n ( E ) 是有限生成的,E n = E E_n = E E n = E ,显然首先是由归纳在 n n n 上生成的,E / E n E/E_n E / E n 是所有 n n n 的有限生成的 A A A 模块;因此,足以证明,对于n > n 0 n > n_0 n > n 0 ,E n E_n E n 是有限生成的A A A 模块,并且m E n = E n + 1 mE_n = E_{n+1} m E n = E n + 1 。现在,考虑具有详尽和分离过滤( E n + k ) ( k ≥ 1 ) (E_{n+k})(k \geq 1) ( E n + k ) ( k ≥ 1 ) 的A A A 模块E n + 1 E_{n+1} E n + 1 ; m E n ⊂ E n + 1 mE_n \subset E_{n+1} m E n ⊂ E n + 1 ; 假设(c)意味着g r n + 1 ( E ) = E n + 1 / E n + 2 \mathrm{gr}_{n+1}(E) = E_{n+1}/E_{n+2} gr n + 1 ( E ) = E n + 1 / E n + 2 中m E n mE_n m E n 的像等于g r n + 1 ( E ) \mathrm{gr}_{n+1}(E) gr n + 1 ( E ) 和生成分级的g r ( A ) \mathrm{gr}(A) gr ( A ) 模g r ( E n + 1 ) \mathrm{gr}(E_{n+1}) gr ( E n + 1 ) 。由于 g r n + 1 ( E ) \mathrm{gr}_{n+1}(E) gr n + 1 ( E ) 是由假设有限生成的 A A A 模块,因此从 § 2, no. 9、命题 12 可以得出 m E n = E n + 1 mE_n = E_{n+1} m E n = E n + 1 和 E n + 1 E_{n+1} E n + 1 是有限生成的 A A A 模块。
2. 诺特环上的 m-ADIC 拓扑
令A A A 是可交换的诺特环,m m m 是A A A 的理想,而E E E 是有限生成的A A A 模。 E E E 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 ( E n ) (E_n) ( E n ) 为E E E 上的 m-good 过滤。由于这种过滤是详尽的,E E E 属于的每个元素到E n E_n E n 之一,并且由于E E E 是有限生成的并且E n E_n E n 是A A A 模块,因此存在整数n 1 n_1 n 1 使得E n 1 = E E_{n_1} = E E n 1 = E 。另一方面,令 n 0 n_0 n 0 使得 m E n = E n + 1 mE_n = E_{n+1} m E n = E n + 1 对于n ≥ n 0 n \geq n_0 n ≥ n 0 ;那么,对于n > n 0 − n 1 n > n_0 - n_1 n > n 0 − n 1 , m n E ⊂ E n + n 1 = m n + n 1 − n 0 E n 0 ⊂ m n + n 1 − n 0 E m^n E \subset E_{n+n_1} = m^{n+n_1-n_0} E_{n_0} \subset m^{n+n_1-n_0} E m n E ⊂ E n + n 1 = m n + n 1 − n 0 E n 0 ⊂ m n + n 1 − n 0 E ,证明命题。
从no. 1、命题 1 可以看出,E E E 上的m m m -adic 过滤在F F F 上引起的过滤是m-good,然后从命题 4 得出结论。
令A A A 是可交换的诺特环,m m m 是A A A 的理想,E E E 是A A A 模,F F F 是有限生成的A A A 模。每个A A A -线性映射u : E → F u : E \to F u : E → F 都是严格的态射*(一般拓扑、章 111、§ 2, no. 8)*对于m m m -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 ( m n E ) = m n u ( E ) u(m^nE) = m^n u(E) u ( m n E ) = m n u ( E ) ,u u u 是E E E 到u ( E ) u(E) u ( E ) 的严格态射,对于这两个模上的m m m -adic拓扑,以及u ( E ) u(E) u ( E ) 上的m m m -adic拓扑由m m m -adic 拓扑于 F F F 定理 2。
如果x = m x x = mx x = m x ,其中m ∈ m m \in m m ∈ m ,x = m n x ∈ m n E x = m^n x \in m^nE x = m n x ∈ m n E 对于每个整数n ≥ 0 n \geq 0 n ≥ 0 ,因此x ∈ F = ⋂ n = 0 m m n E x \in F = \bigcap_{n=0}^m m^nE x ∈ F = ⋂ n = 0 m m n E 。 Conversely, if x ∈ F x \in F x ∈ F , A x Ax A x is contained in the intersection of the neighbourhoods of 0 in E E E ; it then follows from Theorem 2 that the m m m -adic topology on A x Ax A x , which is induced by that on E E E , is the coarsest topology; as m x mx m x is by definition a neighbourhood of 0 with this topology, m x = A x mx = Ax m x = A x and hence there exists m ∈ m m \in m m ∈ m such that x = m x x = mx x = m x .
我们也可以说 m F = F mF = F m F = F 因为
F = ⋂ n = 1 ∞ m n + 1 E ⊂ m . ⋂ n = 1 ∞ m n E = m F ;
F = \bigcap_{n=1}^\infty m^{n+1}E \subset m. \bigcap_{n=1}^\infty m^nE = mF;
F = n = 1 ⋂ ∞ m n + 1 E ⊂ m . n = 1 ⋂ ∞ m n E = m F ; 由于
A A A 是诺特,
F F F 是有限生成的
A A A 模块;那么应用章II, § 2, no. 2、推论3到命题4就足够了。
设A A A 是可交换的诺特环,而m m m 是A A A 的理想。 理想的* ⋂ n = 1 m m n \bigcap_{n=1}^m m^n ⋂ n = 1 m m n 是元素 x ∈ A x \in A x ∈ A 的集合,其中存在 m ∈ m m \in m m ∈ m 使得 ( 1 − m ) x = 0 (1 - m)x = 0 ( 1 − m ) x = 0 。 In particular, for ⋂ n = 1 ∞ m n = { 0 } \bigcap_{n=1}^\infty m^n = \{0\} ⋂ n = 1 ∞ m n = { 0 } , it is necessary and sufficient that no element of 1 + m 1 + m 1 + m be a divisor of 0 0 0 in A A A .
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
设A \mathbf{A} A 为拓扑环。如果A \mathbf{A} A 的双边理想m m m 使得A \mathbf{A} A 上的给定拓扑是m m m 进数拓扑,则m m m 称为定义理想&A \mathbf{A} 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A A A 为交换律诺特环,m m m 为A A A 的理想,t t t 其根式(章II, § 2, no. 6)。如果m ′ m' m ′ 是m m m -adic拓扑的定义理想,则存在整数n > 0 n > 0 n > 0 ,使得m ′ n ⊂ m {m'}^n \subset m m ′ n ⊂ m (§ 2 § 2 §2 ,no. 5),因此m ′ ⊂ t m' \subset t m ′ ⊂ t ;相反,由于A A A 是诺特,因此存在整数k > 0 k > 0 k > 0 使得t k ⊂ m t^k \subset m t k ⊂ m (章II, § 2, no. 6,命题15),因此t t t 是*最大的定义理想* m m m -adic 拓扑。
3. 扎里斯基环
设A A A 是可交换的诺特环,而m m m 是A A A 的理想。以下属性是等效的: (a) m m m 包含在A A A 的雅各布森根中。 (b) 每个有限生成的 A A A -模都是具有 m m m -adic 拓扑的 Hausdorff。 (c) 对于每个有限生成的A A A -模块E E E ,E E E 的每个子模相对于E E E 上的m m m -adic 拓扑是封闭的。 (d) *A A A 的每个最大理想相对于 m m m -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m m m 包含在A A A 的雅各布森根式中,并令E E E 为有限生成的A A A 模。如果x ∈ E x \in E x ∈ E 和m ∈ m m \in m m ∈ m 使得( 1 − m ) x = 0 (1 - m)x = 0 ( 1 − m ) x = 0 ,则x = 0 x = 0 x = 0 ,因为1 − m 1 - m 1 − m 在A A A 中是可逆的。那么 (no. 2, 命题 5) E E E 就是 Hausdorff 和 m m m -adic 拓扑。
让我们证明(b)蕴涵(c)。假设(b)成立。令 E E E 为有限生成的 A A A 模块,并且 F F F 子模为 E E E 。那么E / F E/F E / F 是带有m m m -adic 拓扑的Hausdorff,它是m m m -adic 拓扑在E E E 上的商拓扑;那么 F F F 在 E E E 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A A A 的每个最大理想a a a ,A A A -模A / a A/a A / a 是具有m m m 进数拓扑的Hausdorff。这意味着m ( A / a ) ≠ A / a m(A/a) \neq A/a m ( A / a ) = A / a 、除非、A / a A/a A / a 上的m m m -adic 拓扑是最粗糙的拓扑和A / a A/a A / a 减少到0,这是荒谬的,因为A / a A/a A / a 是*ajield*。因此,A / a A/a A / a 中m m m 的典范像是与A / a A/a A / a 不同的A / a A/a A / a 的理想,因此减少到0;然后m ⊂ a m \subset a m ⊂ a ,证明m m m 包含在A A A 的雅各布森根式中。
拓扑环 A A A 被称为 Zariski 环,如果它是可交换的且诺特,并且在 A A A 满足上存在拓扑的定义理想 m m m ,相当于命题的条件 6.
引用了 1 引用了 命题 6
Zariski 环 A A A 必然是 Hausdorff (命题 6),并且其拓扑的*每个*定义理想都包含在 A A A 的雅各布森根中。
扎里斯基的例环
令A A A 是可交换的诺特环,而m m m 是A A A 的理想。如果 A A A 是 Hausdorff 并与 m-adic 拓扑 完备的,则A A A 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
Zariski 环的每个 商环 A / b A/b A / b 都是 Zariski 环,因为它是诺特,并且,如果 m m m 是 A A A 的定义理想,则 m ( A / b ) = ( m + b ) / b m(A/b) = (m + b)/b m ( A / b ) = ( m + b ) / b 包含在 A / b A/b A / 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
令 A A A 为 诺特半局部 环,r r r 为其雅各布森根式。那么 A A A 与 r r r -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
(i) 要使A ′ A' A ′ 上的m ′ m' m ′ 进数拓扑成为Hausdorff,1 + h ( m ) 1 + h(m) 1 + h ( m ) 的元素不是A ′ A' A ′ 中的0 0 0 的除子是必要且充分的。
(ii) 如果 A A A 与 m m m -adic 拓扑是 Zariski 环,则 A ′ A' A ′ 与 m ′ m' m ′ -adic 拓扑是 Zariski 环。
(iii) 如果 h h h 是单射(因此将 A A A 与 A ′ A' A ′ 的子环识别),则 A ′ A' A ′ 上的 m ′ m' m ′ -adic 拓扑 A A A m m m -adic 上的诱导拓扑.
回想一下,A ′ A' A ′ 重合上的m ′ m' m ′ -adic 过滤和*A-模* A ′ A' A ′ 上的m m m -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 A A A 是具有 m m m -adic 拓扑的 Zariski 环,并让 E ′ E' E ′ 是有限生成的 A ′ A' A ′ -模块;它也是有限生成的A A A -模块以及E ′ E' E ′ 重合上的m m m -adic和m ′ m' m ′ -adic过滤;那么 E ′ E' E ′ 就是 Hausdorff 和 m ′ m' m ′ -adic 拓扑。最后,A A A -模块A ′ A' A ′ 是诺特,因此环A ′ A' A ′ 是诺特,这完成了证明,A ′ A' A ′ 是Zariski环。
4. 豪斯多夫完成诺特环
令A A A 为交换环,m m m 为A A A 的理想,E E E 为A A A 模;让A ^ \hat{A} A ^ 和E ^ \hat{E} E ^ 分别表示A A A 和E E E 相对于m m m 进数拓扑和j E j_E j E 典范映射E → E ^ E \to \hat{E} E → E ^ 的豪斯多夫完成。 A ^ × E \hat{A} \times E A ^ × E 到E ^ \hat{E} E ^ 定义的A A A 双线性映射( a , x ) ↦ a j E ( x ) (a, x) \mapsto aj_E(x) ( a , x ) ↦ a j E ( x ) 和A A A 线性映射
α E : A ^ ⊗ A E → E ^ ,
\alpha_E : \hat{A} \otimes_A E \to \hat{E},
α E : A ^ ⊗ A E → E ^ ,
称为*规范*。令u : E → F u : E \to F u : E → F 为A A A 模同态,并令u ^ : E → F ^ \hat{u} : E \to \hat{F} u ^ : E → 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} a ∈ A ^ ,x ∈ E x \in E x ∈ E ,
α F ( a ⊗ u ( x ) ) = a j F ( u ( x ) ) = a u ^ ( j E ( x ) ) = u ^ ( α E ( 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)),
α F ( a ⊗ u ( x )) = a j F ( u ( x )) = a u ^ ( j E ( x )) = u ^ ( α E ( a ⊗ x )) ,
其他字、图表
A ^ ⊗ A E → 1 ⊗ u A ^ ⊗ A F ↓ α E ↓ α F E ^ → 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}
A ^ ⊗ A E ↓ α E E ^ 1 ⊗ u u ^ A ^ ⊗ A F ↓ α F F ^
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 α E \alpha_E α E 是满射的。
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 → u F → v G E \xrightarrow{u} F \xrightarrow{v} G E u F 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} E ^ u ^ F ^ v ^ 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 α E : A ^ ⊗ A E → E ^ \alpha_E : \hat{A} \otimes_A E \to \hat{E} α E : A ^ ⊗ A E → E ^ 是双射的。
(iii) A-模 A ^ \hat{A} A ^ 平坦。
我们已经看到,u u u 和v v v 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 = A E = A E = 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 → u L ′ → v E ⟶ 0
L \xrightarrow{u} L' \xrightarrow{v} E \longrightarrow 0
L u L ′ v E ⟶ 0
(章I, § 2, no. 8、引理8)。我们推导出可交换的图表
A ^ ⊗ A L → 1 ⊗ u A ^ ⊗ A L ′ → 1 ⊗ v A ^ ⊗ A E ⟶ 0 ↓ α L ↓ α L ′ ↓ α E L ^ ⟶ 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}
A ^ ⊗ A L ↓ α L L ^ 1 ⊗ u ⟶ A ^ ⊗ A L ′ ↓ α L ′ L ^ ′ 1 ⊗ v ⟶ A ^ ⊗ A E ↓ α E E ^ ⟶ ⟶ 0
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 α E \alpha_E α E 是满射 (§ 2, no. 12, 命题 16);另一方面,由于 α L \alpha_L α L 和 α L ′ \alpha_{L'} α L ′ 是双射,1 ⊗ v 1 \otimes v 1 ⊗ v 是满射,α E \alpha_E α 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a a a 是A的理想(必然是有限生成的),则典范映射A ^ ⊗ A a → A ^ \hat{A} \otimes_A a \to \hat{A} A ^ ⊗ A a → A ^ 是单射的,是a ^ → A ^ \hat{a} \to \hat{A} a ^ → A ^ 和α E \alpha_E α E 的合成,这证明A ^ \hat{A} A ^ 是平的A A A 模(章I, § 2, no. 3,命题1)。
在定理 3 的条件下,A ^ ⊗ A E \hat{A} \otimes_A E A ^ ⊗ A E 通常通过典范映射α E \alpha_E α E 与E E E 识别。如果 u : E → F u : E \to F u : E → F 是有限生成的 A A A 模块中的同态,则u ^ : E → F ^ \hat{u} : E \to \hat{F} u ^ : E → F ^ 则凭借图表的交换律与 1 @ u 1 @ u 1@ u 进行识别 (4)。
设A A A 是可交换的诺特环,m m m 是A A A 的理想,E E E 是有限生成的A A A 模,F F F 和G G G 两个子模 E E E 。让A , E , F , G A, E, F, G A , E , F , G 被赋予m m m -adic拓扑,并让i i i 从E E E 到e e e 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 ^ = A ^ . i ( F ) , ( F + G ) ∧ = F ^ + G ^ , ( F ∩ G ) ∧ = F ^ ∩ G ^ ,
( F : G ) ∧ = F ^ : G ^ .
(F : G)^{\wedge} = \hat{F} : \hat{G}.
( F : G ) ∧ = F ^ : 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a a a 和b b b 是A A A 和c = a b , c ^ = a ^ b ^ c = ab, \hat{c} = \hat{a}\hat{b} c = ab , c ^ = a ^ b ^ 的两个理想。
到定理 3,E ^ , F ^ , G ^ \hat{E}, \hat{F}, \hat{G} E ^ , F ^ , G ^ 被规范地标识为 A ^ ⊗ A E , A ^ ⊗ A F , A ^ ⊗ A G \hat{A} \otimes_A E, \hat{A} \otimes_A F, \hat{A} \otimes_A G A ^ ⊗ A E , A ^ ⊗ A F , A ^ ⊗ 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) a ^ = A ^ i ( a ) , b ^ = A ^ i ( b ) , c ^ = A ^ i ( c ) ,
c ^ = A ^ i ( a b ) = A ^ i ( a ) i ( b ) = a ^ b ^ .
\hat{c} = \hat{A}i(ab) = \hat{A}i(a)i(b) = \hat{a}\hat{b}.
c ^ = A ^ i ( ab ) = A ^ i ( a ) i ( b ) = a ^ b ^ .
令 A A A 为交换诺特环,m m m A A A 的理想,A ^ \hat{A} A ^ A A A 相对于 m m m -adic 拓扑的豪斯多夫完成。如果元素a ∈ A a \in A a ∈ A 不是A A A 中的0的除子,则A ^ \hat{A} A ^ 中的典范像a ′ a' a ′ 也不是A ^ \hat{A} 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} A ^ 是扁平 A A A 模,因此推论是章 I, § 2, no. 4、命题 3 (i) 的特例。
如果A A A 是可交换的诺特环,则形式幂级数A [ [ X 1 , … , X n ] ] A[[X_1, \ldots, X_n]] A [[ X 1 , … , X n ]] 的环是平A A A 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 [ X 1 , … , X n ]
B = A[X_1, \ldots, X_n]
B = A [ X 1 , … , X n ] 对于
m m m -adic 拓扑,其中
m m m 是没有常数项的多项式的集合(
§ 2 , § 2, §2 , no. 12,例1);因为
B B B 是诺特(
§ 2 , § 2, §2 , no. 10,推论 2 到定理 2),
A [ [ X 1 , … , X n ] ] A[[X_1, \ldots, X_n]] A [[ X 1 , … , X n ]] 是定理 3 的扁平
B B B 模,并且,因为
B B B 是免费的
A A A 模,
A [ [ X 1 , … , X n ] ] A[[X_1, \ldots, X_n]] A [[ X 1 , … , X n ]] 是扁平
A A A 模(章 I, § 2, no. 7,推论 3 到命题 8)。
令 A A A 为交换诺特环,m m m A A A ,A ^ \hat{A} A ^ A A A 相对于 m m m -adic 拓扑和 j j j 的豪斯多夫完成式典范映射从A A A 到A ^ \hat{A} A ^ 。的: (i) A ^ \hat{A} A ^ 是 Zariski 环,m ^ = A ^ . j ( m ) \hat{m} = \hat{A}.j(m) m ^ = A ^ . j ( m ) 是 A ^ \hat{A} 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) n ↦ A = A ^ . j ( n ) 是 A A A 包含 最大理想集合双射* m m m 到 A ^ \hat{A} A ^ 最大理想集合和 q ↦ j − 1 ( q ) q \mapsto j^{-1}(q) q ↦ j − 1 ( q ) 是逆双射 。
(iii) 设 n n n *为*A A A *包含*m m m 的最大理想。 同态 j ′ : A n → A ^ n ^ j': A_n \to \hat{A}_{\hat{n}} j ′ : A n → A ^ n ^ 源自 j j j 是单射;如果 A A A ,*通过* j j j 与 A ^ \hat{A} A ^ 的子环进行识别,** ( n A n ) (nA_n) ( n A n ) *-adic 拓扑 on* A n A_n A n 由 A A A *-adic 拓扑 on*诱导A ^ n ^ \hat{A}_{\hat{n}} A ^ n ^ 和 A n A_n A n 密集于 A A A ,*与* A A A *-adic 拓扑*。
让我们展示(i)。由于m m m 是有限生成的理想,( m n ) ∧ = ( m ^ ) n = m n A ^ (m^n)^{\wedge} = (\hat{m})^n = m^n \hat{A} ( m n ) ∧ = ( m ^ ) n = m n A ^ (§ 2, no. 12,推论2到命题16)和A ^ \hat{A} A ^ 上的拓扑是m m m -adic拓扑。由于A ^ / m ^ \hat{A}/\hat{m} A ^ / m ^ 与A / m A/m A / m 同构的,它是诺特环,并且m ^ = m A ^ \hat{m} = m \hat{A} m ^ = m A ^ 是有限生成的A A A 模块,因此A ^ \hat{A} A ^ 是诺特(§ 2, no. 10,推论5 定理2);最后,由于 A ^ \hat{A} A ^ 是 Hausdorff 并且相对于 m m m -adic 拓扑来说是完整的,A ^ \hat{A} A ^ 是 Zariski 环 (no. 3, 例 1)。
断言 (ii) 紧接着从j j j 派生的典范同态A / m + A ^ / m ^ A/m + \hat{A}/\hat{m} A / m + A ^ / m ^ 是双射的事实以及A ^ \hat{A} A ^ 包含于m ^ \hat{m} m ^ 的每个最大理想,因为A ^ \hat{A} A ^ 是Zariski环和Jacobson根式A ^ \hat{A} A ^ 然后包含 m m m (no. 3,命题 6)。
最后让我们证明(iii)。作为n = j − 1 ( A ) n = j^{-1}(A) n = j − 1 ( A ) ,j ( A − n ) ⊂ A ^ − n ^ j(A - n) \subset \hat{A} - \hat{n} j ( A − n ) ⊂ A ^ − n ^ 和j j j 当然是定义同态j ′ : A n → A ^ n ^ j': A_n \to \hat{A}_{\hat{n}} j ′ : A n → A ^ n ^ (章II, § 2, no. 1,命题2)。让我们证明 j ′ j' j ′ 是单射的;让a ∈ A , s ∈ A − n a \in A, s \in A - n a ∈ A , s ∈ A − n 这样
j ′ ( a / s ) = j ( a ) / j ( s ) = 0 ;
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} s ′ ∈ A ^ − n ^ ,使得
A ^ \hat{A} A ^ 中
j ( a ) j(a) j ( a ) 的
s ′ j ( a ) = 0 s'j(a) = 0 s ′ j ( a ) = 0 (章II, § 2, no. 1,*注* 3)和湮没子因此不包含在
n ^ \hat{n} n ^ 中。现在,如果
A A A 中
b b b 是
a a a 的湮没子,则
A ^ \hat{A} A ^ 中
j ( a ) j(a) j ( a ) 的湮没子是
b b b (推论1到定理3);因此
b ∉ n b \notin n b ∈ / n ,它表明
a / s = 0 a/s = 0 a / s = 0 。
此外,还有一个可交换的图表
A / n k ⟶ A n / ( n A n ) k h ↓ 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}
A / n k h ↓ A ^ / n ^ k ⟶ ⟶ A n / ( n A n ) k h ′ ↓ A ^ n ^ / ( n ^ A ^ n ^ ) k 其中
h h h 和
h ′ h' h ′ 分别源自
j j j 和
j ′ j' j ′ ,水平箭头是章II, § 3, no. 3、命题9的典范同构。 由于
n k n^k n k 是
A A A 的开放理想(因为它包含
m k m^k m k ),
h h h 是双射的,因此
h ′ h' h ′ 也是双射的。 这首先表明
A n A_n A n 上的
( n A n ) k = j ′ ( ( n ^ A ^ n ^ ) k ) (nA_n)^k = j'((\hat{n}\hat{A}_{\hat{n}})^k) ( n A n ) k = j ′ (( n ^ A ^ n ^ ) k ) 以及拓扑是由
A n A_n A n 上的⟦⟦⟧诱导的;此外,
A ^ n ^ = A n + ( n ^ A ^ n ^ ) k \hat{A}_{\hat{n}} = A_n + (\hat{n}\hat{A}_{\hat{n}})^k A ^ n ^ = A n + ( n ^ A ^ n ^ ) k 对于所有
k > 0 k > 0 k > 0 ,因此
A n A_n A n 在
A n A_n A n 中处处稠密。
设* A A A 为诺特局部 (或*半局部*)*环和*m m m 其雅各布森激进式。那么 A ^ \hat{A} A ^ 是诺特局部 (或*半局部*)*环,其雅各布森根式是* m ^ \hat{m} m ^ 。
引用了 2 引用了 命题 8 , 推论 1
A ^ \hat{A} 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
设A A A 是可交换的诺特环,m m m 是A A A 的理想;让 A A A 被赋予 m m m -adic 拓扑。为了使 A ^ \hat{A} A ^ 成为忠实的扁平 A A A 模,A A A 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A A A -模块M M M ,典范映射M → M ⊗ A A ^ M \to M \otimes_A \hat{A} M → M ⊗ A A ^ 都用典范映射M → M ^ M \to \hat{M} M → M ^ 标识,从M M M 到其相对于m m m -adic拓扑(no. 4,那么这个映射的定理3)和核就是M M M 中的{ 0 } \{0\} { 0 } 相对于这个拓扑的闭包。我们已经知道,A ^ \hat{A} A ^ 是一个平坦的A A A 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 A A A 是 Zariski 环并且 E E E 是有限生成的 A A A 模块,我们可以(凭借命题 9)认同 E E E 以及 E ^ \hat{E} E ^ 的子集通过典范映射 j E : E → E ^ j_E : E \to \hat{E} j E : E → E ^ 。有了这个标识:
令 A A A 为 Zariski 环,E E E 为有限生成的 A A A 模块,F F F 子模为 E E E 。然后F = F ^ ∩ E = ( A ^ F ) ∩ E F = \hat{F} \cap E = (\hat{A}F) \cap E F = F ^ ∩ E = ( A ^ F ) ∩ 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。
令 m m m 为 A A A 的定义理想,因此它包含在 A A A 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j E : E → E ^ j_E : E \to \hat{E} j E : E → E ^ 定义双射i E : E / m E → E ^ / ( m E ) ∧ i_E : E/mE \to \hat{E}/(mE)^{\wedge} i E : E / m E → E ^ / ( m E ) ∧ ;同样典范映射j A : A → A ^ j_A : A \to \hat{A} j A : A → A ^ 定义双射i A : A / m → A ^ / m ^ i_A : A/m \to \hat{A}/\hat{m} i A : A / m → A ^ / m ^ ,即环同构。 然后( m E ) ∧ = A ^ . m E = m ^ E ^ (mE)^{\wedge} = \hat{A}.mE = \hat{m}\hat{E} ( m E ) ∧ = A ^ . m E = m ^ E ^ (no. 4, 定理 3),因此E ^ / ( m E ) ∧ \hat{E}/(mE)^{\wedge} E ^ / ( m E ) ∧ 被赋予一个( A ^ / m ^ ) (\hat{A}/\hat{m}) ( A ^ / m ^ ) 模块结构,因此(通过i A i_A i A )一个( A / m ) (A/m) ( A / m ) 模块结构。 It is immediate that i E i_E i E is ( A / m ) (A/m) ( A / m ) -linear, so that it is an ( A / m ) (A/m) ( A / m ) -module isomorphism. 由于 E ^ / m ^ E ^ \hat{E}/\hat{m}\hat{E} E ^ / m ^ E ^ 是免费的 ( A ^ / m ^ ) (\hat{A}/\hat{m}) ( A ^ / m ^ ) 模块,E / m E E/mE E / m E 是免费的 ( A / m ) (A/m) ( A / m ) 模块。
另一方面,令ν : m ⊗ A E → E \nu : m \otimes_A E \to E ν : m ⊗ A E → E 为典范同态;因为 ( m ⊗ A E ) ⊗ A A ^ (m \otimes_A E) \otimes_A \hat{A} ( m ⊗ A E ) ⊗ A A ^ 与 m ⊗ A E ^ m \otimes_A \hat{E} m ⊗ A E ^ 和 E ⊗ A A ^ E \otimes_A \hat{A} E ⊗ A A ^ 与 E ^ \hat{E} E ^ (no. 4, 定理 3)、假设被规范地标识为 E ^ \hat{E} E ^ 是一个自由的 A ^ \hat{A} 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} ν ⊗ 1 : m ^ ⊗ A ^ E ^ → E ^ 是单射。由于 A ^ \hat{A} A ^ 是一个忠实的扁平 A A A 模 (命题 9),我们结论 ν \nu ν 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。
令A A A 为Zariski环,使得A ^ \hat{A} A ^ 为整环,并令a a a 为A A A 的理想。如果A ^ \hat{A} A ^ 的理想a A ^ a\hat{A} a A ^ 为主,则a a a 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
令A A A 为Zariski环,使得A ^ \hat{A} A ^ 为整环,A ^ \hat{A} A ^ 的分数的L L L 域以及分数的K ⊂ L K \subset L K ⊂ L 域 A A A ;然后A ^ ∩ K = A \hat{A} \cap K = A A ^ ∩ 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 ^ ∩ K A \subset \hat{A} \cap K A ⊂ A ^ ∩ K ;另一方面,如果x ∈ A ^ ∩ K x \in \hat{A} \cap K x ∈ A ^ ∩ K ,则A ^ x ⊂ A ^ \hat{A}x \subset \hat{A} A ^ x ⊂ A ^ ,因此为A ^ x = A ^ ⊗ A ( A x ) \hat{A}x = \hat{A} \otimes_A (Ax) A ^ x = A ^ ⊗ A ( A x ) (no. 4,定理 3),A ^ ⊗ A ( ( A x + A ) / A ) = 0 \hat{A} \otimes_A ((Ax + A)/A) = 0 A ^ ⊗ A (( A x + A ) / A ) = 0 。由于A ^ \hat{A} A ^ 是一个忠实的扁平A A A 模(命题9),我们推断出A x ⊂ A Ax \subset A A x ⊂ A ,从而x ∈ A x \in A x ∈ A 。
令A A A 是可交换的诺特环,E , F E, F E , F 两个有限生成的A A A 模,u : E → F u : E \to F u : E → F 是A A A 同态。对于 A A A 的每个最大理想 m m m ,令 A ( m ) A(m) A ( m ) (分别为 E ( m ) , F ( m ) E(m), F(m) E ( m ) , F ( m ) )表示 A A A (分别为 E , F E, F E , F )相对于 m m m -adic 拓扑和 u ( m ) : E ( m ) → F ( m ) u(m) : E(m) \to F(m) u ( m ) : E ( m ) → F ( m ) 的 Hausdorff 完成相应的同态至u u u 。对于 u u u 是单射的(分别是满射、双射的、零),u ( m ) u(m) u ( m ) 对于每个最大理想 m ∉ A m \notin A m ∈ / 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 u u u 成为单射(或满射、双射的、零),u m : E m → F u_m : E_m \to F u m : E m → F 对于 A A A 的每个最大理想 m m m 都是必要且充分的(章 II, § 3, no. 3、定理 1)。我们现在注,A A A 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A A A -代数同构A ^ m → A ( m ) \hat{A}_m \to A(m) A ^ m → 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
E m ⊗ A m A ( m ) ⟶ E ⊗ A A ( m ) ⟶ E ( m ) u m ⊗ 1 ↓ ↓ u ⊗ 1 ↓ u ( m ) F m ⊗ A m A ( m ) ⟶ F ⊗ A A ( 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}
E m ⊗ A m A ( m ) u m ⊗ 1 ↓ F m ⊗ A m A ( m ) ⟶ ⟶ E ⊗ A A ( m ) ⟶ E ( m ) ↓ u ⊗ 1 ↓ u ( m ) F ⊗ A A ( m ) ⟶ F ( m )
其中左侧的水平箭头来自张量积和同构 E m → E ⊗ A A m , F m → F ⊗ A A m E_m \to E \otimes_A A_m, F_m \to F \otimes_A A_m E m → E ⊗ A A m , F m → F ⊗ A A m 的结合性;由于E E E 和F F F 是有限生成的A A A 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,u m u_m u m 是单射(分别是满射、双射的、零)等价于u m ⊗ 1 u_m \otimes 1 u m ⊗ 1 。但这源于以下事实:A ^ m \hat{A}_m A ^ m (因此也是A ( m ) A(m) A ( m ) )是命题 9(章I, § 3, no. 1、命题 1 和 2)的忠实平坦A m A_m A m 模。
令 A , B A, B A , B 为两个 Zariski 环、A ^ , B ^ \hat{A}, \hat{B} A ^ , B ^ 它们的完成,f : A → B f : A \to B f : A → B 连续的环同态和 f ^ : A ^ → B ^ \hat{f} : \hat{A} \to \hat{B} f ^ : A ^ → B ^ 同态从 f f f 通过经过获得到完成;如果 f ^ \hat{f} f ^ 是双射的,则 A A A -模 B B B 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 A A A 和 B B B 是 Hausdorff,因此 f ^ \hat{f} f ^ 是双射的假设首先意味着 f f f 是单射的。通过off方法将A A A 与f ( A ) f(A) f ( A ) (代数地)识别,并通过f ^ \hat{f} f ^ 将A ^ \hat{A} A ^ 与B ^ \hat{B} B ^ 进行识别,然后我们得到包含物A ⊂ B ⊂ A ^ = 8 A \subset B \subset \hat{A} = \mathbf{8} A ⊂ B ⊂ A ^ = 8 ;我们知道A ^ \hat{A} A ^ 是一个忠实平坦的A A A 模块和一个忠实平坦的B B B 模块(命题9);我们结论认为B B B 是一个忠实的扁平A A A 模块(章I, § 3, no. 4,注2)。
令A \mathbf{A} A 为诺特局部环,m m m 其最大理想,A ^ \hat{\mathbf{A}} A ^ 其m m m 进数补全,以及B B B 环使得A ⊂ B ⊂ A ^ \mathbf{A} \subset B \subset \hat{\mathbf{A}} A ⊂ B ⊂ A ^ 。假设B B B 是诺特局部环,其最大理想n n n 满足关系n = m B n = mB n = m B 。然后
n k = m k B = m ^ k ∩ B
n^k = m^kB = \hat{m}^k \cap B
n k = m k B = m ^ k ∩ B
引用了 2 引用了 命题 10 , 推论 1, TG II § 3
对于所有k ≥ 1 k \geq 1 k ≥ 1 ,B B B 上的n n n -adic 拓扑是由A ^ \hat{\mathbf{A}} A ^ 上的m m m -adic 拓扑诱导的,B B B 是一个忠实的平坦A \mathbf{A} A -模,并且有同构 A ^ \hat{\mathbf{A}} A ^ 到 B B B 的n n n -adic补全B ^ \hat{B} B ^ ,其中扩展典范嵌入A → B \mathbf{A} \to B A → B 。
验证关系n k = m ^ k ∩ B n^k = \hat{m}^k \cap B n k = m ^ k ∩ B 就足够了,因为B B B 在A ^ \hat{\mathbf{A}} A ^ 中是稠密的,并且n n n -adic拓扑是由m m m -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 j A : A → A ^ j_A : \mathbf{A} \to \hat{\mathbf{A}} j A : A → A ^ (分别为 j : B → A ^ j : B \to \hat{\mathbf{A}} j : B → A ^ )定义通过取商单同态
i 1 : A / ( m ^ ∩ A ) → A ^ / m ^
i_1 : \mathbf{A}/(\hat{m} \cap \mathbf{A}) \to \hat{\mathbf{A}}/\hat{m}
i 1 : A / ( m ^ ∩ A ) → A ^ / m ^
(分别i B : B / ( m ^ ∩ B ) → A ^ / m ^ i_B : B/(\hat{m} \cap B) \to \hat{\mathbf{A}}/\hat{m} i B : B / ( m ^ ∩ B ) → A ^ / m ^ )。我们知道m ∩ A = m m \cap \mathbf{A} = m m ∩ A = m 和i A i_A i A 是双射的,因此i B i_B i B 是双射的,这表明B / ( m ^ ∩ B ) B/(\hat{m} \cap B) B / ( m ^ ∩ B ) 是域,因此m ^ ∩ B \hat{m} \cap B m ^ ∩ B 是B B B 的极大理想,因此m ∩ B = n m \cap B = n m ∩ B = n 。如A = A + m \mathbf{A} = \mathbf{A} + m A = A + m 、B = A + n = A + m B B = A + n = A + mB B = A + n = A + m B ;由归纳在 k k k 我们推断出
B = A + m k B = A + n k
B = A + m^kB = A + n^k
B = A + m k B = A + n k
对于所有k > 1 k > 1 k > 1 。作为n k ⊂ m ^ k ∩ B n^k \subset \hat{m}^k \cap B n k ⊂ m ^ k ∩ B ,证明m ^ k ∩ B ⊂ n k \hat{m}^k \cap B \subset n^k m ^ k ∩ B ⊂ n k 就足够了;如果b ∈ m ^ k ∩ B b \in \hat{m}^k \cap B b ∈ m ^ k ∩ B ,我们可以写成b = a + z b = a + z b = a + z ,其中a ∈ A a \in \mathbf{A} a ∈ A ,z ∈ n k z \in n^k z ∈ n k ; 从而
a = b − z ∈ m ^ k ∩ A = m k ⊂ n k
a = b - z \in \hat{m}^k \cap \mathbf{A} = m^k \subset n^k
a = b − z ∈ m ^ k ∩ A = m k ⊂ n k
和b ∈ n k b \in n^k b ∈ n k 。
\* 应用此方法的一个重要情况如下:B B B 是级数在完整值域上的n n n 变量的积分环,其收敛于0的邻域,A \mathbf{A} A 是局部环
K [ X 1 , … , X n ] p
K[X_1, \ldots, X_n]_{\mathfrak{p}}
K [ X 1 , … , X n ] p
其中 p \mathfrak{p} p 是没有常数项的多项式的最大理想由……组成,A ^ \hat{\mathbf{A}} A ^ 是形式幂级数 K [ [ X 1 , … , X n ] ] K[[X_1, \ldots, X_n]] K [[ X 1 , … , X n ]] 的环。 \*
令 A A A 为交换律诺特环,m m m A A A 的理想,S S S A A A 的乘法子集 1 + m 1 + m 1 + m 和 E E E 有限生成A A A -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 − 1 A S^{-1}A S − 1 A 是 Zariski 环与 (S − 1 m S^{-1}m S − 1 m )-adic 拓扑。
(ii) 典范映射 f : E → S − 1 E f : E \to S^{-1}E f : E → S − 1 E 是连续的,如果 E E E 给定 m-adic 拓扑且 S − 1 E S^{-1}E S − 1 E ** ( S − 1 m ) (S^{-1}m) ( S − 1 m ) -adic 拓扑且 f ^ : E → ( S − 1 E ) ∧ \hat{f} : E \to (S^{-1}E)^{\wedge} f ^ : E → ( S − 1 E ) ∧ 为同构。
1 + ( S − 1 m ) 1 + (S^{-1}m) 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)
1 + ( m / ( 1 + m ′ )) = ( 1 + m + m ′ ) / ( 1 + m ) 其中
m ∈ m m \in m m ∈ m 和
m ′ ∈ m m' \in m m ′ ∈ m ;因此它在
S − 1 A S^{-1}A S − 1 A 中是可逆的,这证明
S − 1 m S^{-1}m S − 1 m 包含在
S − 1 A S^{-1}A S − 1 A 的雅各布森根式中;因为
S − 1 A S^{-1}A S − 1 A 是诺特(章 II, § 2, no. 4,推论 2 到命题 10),
S − 1 A S^{-1}A S − 1 A 是带有
( S − 1 m ) (S^{-1}m) ( 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 > 0 n > 0 n > 0 ,
f ˉ − 1 ( ( S − 1 m ) n E ) = f ˉ ′ ( S − 1 ( m n E ) ) = m n E :
\bar{f}^{-1}((S^{-1}m)^nE) = \bar{f}'(S^{-1}(m^nE)) = m^nE:
f ˉ − 1 (( S − 1 m ) n E ) = f ˉ ′ ( S − 1 ( m n E )) = m n E : 首先显然是
f ( m n E ) ⊂ S − 1 m n E f(m^nE) \subset S^{-1}m^nE f ( m n E ) ⊂ S − 1 m n E ;反之,令
x x x 为
f ˉ − 1 ( S − 1 m n E ) \bar{f}^{-1}(S^{-1}m^nE) f ˉ − 1 ( S − 1 m n E ) 的元素;则存在
m m m 和
x ′ ′ ∈ m n E x'' \in m^nE x ′′ ∈ m n E 的元素
m ′ , m ′ ′ m', m'' m ′ , m ′′ 使得
( 1 + m ′ ) ( ( 1 + m ′ ′ ) x − x ′ ′ ) = 0 (1 + m')((1 + m'')x - x'') = 0 ( 1 + m ′ ) (( 1 + m ′′ ) x − x ′′ ) = 0 ,从而
( 1 − m ) x = x ′ (1 - m)x = x' ( 1 − m ) x = x ′ ,其中
m = − ( m ′ + m ′ ′ + m ′ m ′ ′ ) ∈ m
m = -(m' + m'' + m'm'') \in m
m = − ( m ′ + m ′′ + m ′ m ′′ ) ∈ m 和
x ′ = ( 1 + m ′ ) x ′ ′ ∈ m n E x' = (1 + m')x'' \in m^nE x ′ = ( 1 + m ′ ) x ′′ ∈ m n E ;我们结论那个
x = ( 1 + m + ⋯ + m n − 1 ) x ′ + m n x ∈ m n E .
x = (1 + m + \cdots + m^{n-1})x' + m^n x \in m^nE.
x = ( 1 + m + ⋯ + m n − 1 ) x ′ + m n x ∈ m n E . 这证明
f f f 是严格的态射。此外,
f f f 的核,即
x ∈ E x \in E x ∈ E 的集合,存在一些
s ∈ S s \in S s ∈ S 使得
s x = 0 sx = 0 s x = 0 ,与典范映射
j : E → E ^ j : E \to \hat{E} j : E → E ^ 的核相同(no. 2, 命题5)。然后有一个拓扑同构
f 0 : j ( E ) → f ( E ) f_0 : j(E) \to f(E) f 0 : j ( E ) → f ( E ) 使得
f = f 0 ∘ j f = f_0 \circ j f = f 0 ∘ j ;因为
f ^ \hat{f} f ^ 是拓扑同构,问题约化来验证
f ( E ) f(E) f ( E ) 在
S − 1 E S^{-1}E S − 1 E 中是稠密的。现在
S − 1 E S^{-1}E S − 1 E 的每一个元素都可以写成
x / ( 1 − m ) x/(1 - m) x / ( 1 − m ) ,其中
m ∈ m m \in m m ∈ m ,立即验证:
x / ( 1 − m ) ≡ ( ( 1 + m + ⋯ + m n − 1 ) x ) / 1 ( m o d S − 1 m n E )
x/(1 - m) \equiv ((1 + m + \cdots + m^{n-1})x)/1 \pmod{S^{-1}m^nE}
x / ( 1 − m ) ≡ (( 1 + m + ⋯ + m n − 1 ) x ) /1 ( mod S − 1 m n E ) 完成证明。
习题
参见习题为 § 3 。