Bourbaki

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2. 素理想的提升

1. 第一个存在定理

定义 1 04PJ

令A,A′\mathbf{A}, \mathbf{A}'为两个环和h:A→A′h : \mathbf{A} \to \mathbf{A}'环同态。如果a=h‾1(a′)a = \overline{h}^1(a'),则据说理想的a′∈A′a' \in A'高于A\mathbf{A}的理想aa。

因此,说A′A'的素理想p′p'位于A\mathbf{A}的理想pp之上,意味着pp是与hh相关的连续映射“h:Spec(A′)→Spec(A)h : \mathrm{Spec}(A') \to \mathrm{Spec}(A)”下的p′p'的像 (章11,§ 4, no. 3)。

注对于A′A' 的理想存在于A\mathbf{A} 的理想(0)(0) 之上,h:A→A′h : \mathbf{A} \to \mathbf{A}' 是单射的充分必要。

令aa为A\mathbf{A}的理想;通过商同态 hh 给出同态 h1:A/a→A′/a′h_1 : \mathbf{A}/a \to \mathbf{A}'/a';说a′a'是位于aa之上的A′A'的理想,相当于说是aA′⊂a′aA' \subset a',而a′/aA′a'/aA'是位于(0)(0)之上的A′/aA′\mathbf{A}'/aA'的理想。

引理 1 04PK

设 h:A→A′h : \mathbf{A} \to \mathbf{A}' 为环同态,SS A\mathbf{A},i=iAS:A→S−1Ai = i_A^S : \mathbf{A} \to S^{-1}\mathbf{A},i′=iA′h(S):A′→S−1A′=(h(S))−1A′i' = i_{A'}^{h(S)} : \mathbf{A}' \to S^{-1}\mathbf{A}' = (h(S))^{-1}\mathbf{A}' 典范同态和 h1=S−1h:S−1A→S−1A′h_1 = S^{-1}h : S^{-1}\mathbf{A} \to S^{-1}\mathbf{A}' 的乘法子集,因此存在交换律图表

A→hA′i↓i′↓S−1A→h1S−1A′ \begin{array}{ccc} \mathbf{A} & \xrightarrow{h} & \mathbf{A}' \\ i \downarrow & & i' \downarrow \\ S^{-1}\mathbf{A} & \xrightarrow{h_1} & S^{-1}\mathbf{A}' \end{array}
被以下引用 3

被以下引用 推论 1, 命题 3, 定理 1

令pp为A\mathbf{A}的素理想,使得p∩S=∅p \cap S = \varnothing。那么a′↦S−1a′a' \mapsto S^{-1}a'是位于pp上方的A′\mathbf{A}'理想的集合F\mathscr{F}的满射映射到位于S−1pS^{-1}p上方的S−1A′S^{-1}\mathbf{A}'理想的集合F1\mathscr{F}_1并且映射a1′↦i′(a1′)a'_1 \mapsto i'(a'_1)是F1\mathscr{F}_1的双射到理想属于到F\mathscr{F}的集合上并且相对于h(S)h(S)饱和;特别地,p′↦S−1p′p' \mapsto S^{-1}p'是位于pp上方的A′\mathbf{A}'素理想的集合的双射到位于S−1pS^{-1}p上方的S−1A′S^{-1}\mathbf{A}'素理想的集合。

我们知道S−1pS^{-1}p是S−1AS^{-1}\mathbf{A}的素理想,i1(S−1p)=pi_1(S^{-1}p) = p(章11,§ 2, no. 5,命题11);如果存在S−1A′S^{-1}\mathbf{A}'的理想b′b'位于S−1pS^{-1}p之上,则h(i1(b′))=i(h1(b′))=ph(i_1(b')) = i(h_1(b')) = p;如S−1i′(b′)=b′S^{-1}i'(b') = b'(前述),这已经表明F\mathscr{F}的像位于映射a′↦S−1a′a' \mapsto S^{-1}a'包含F1\mathscr{F}_1之下。另一方面,如果a′∈Fa' \in \mathscr{F}、a∈Aa \in A和s∈Ss \in S,则有以下等价

h1(a/s)∈S−1a′  ⟺  h(a)/h(s)∈S−1a′ h_1(a/s) \in S^{-1}a' \iff h(a)/h(s) \in S^{-1}a'
  ⟺  \iff 存在t∈St \in S使得h(t)h(a)∈a′h(t)h(a) \in a'   ⟺  \iff 存在t∈St \in S使得ta∈pta \in \mathfrak{p}   ⟺  a/z∈S−1p\iff a/z \in S^{-1}\mathfrak{p}。

因此h1−1(S−1a′)=S−1ph_1^{-1}(S^{-1}a') = S^{-1}\mathfrak{p},完成证明,映射a′↦S−1a′a' \mapsto S^{-1}a'下F\mathscr{F}的像等于F1\mathscr{F}_1;其他断言是从章 11、§ 2, no. 5、命题 11 开始的。

命题 1 04PL

令h:A→A′h : A \to A'为环同态,使得A′A'是AA的积分,p′\mathfrak{p}'是A′A'和p=h−1(p′)\mathfrak{p} = h^{-1}(\mathfrak{p}')的素理想。为了使p\mathfrak{p}极大,p′\mathfrak{p}'为最大是必要且充分的。

引用了 1 · 被以下引用 12

引用了 命题 2

被以下引用 习题 9, § 3, 推论 1, 推论 3, 推论, 命题 4, 命题 5, 推论 3, 定理 1, 推论 3, 定理 2, 命题 5, V § 3, 命题 6, VI § 8

让我们写出B=A/pB = A/\mathfrak{p},B′=A′/p′B' = A'/\mathfrak{p}',并让h1:B→B′h_1 : B \to B'是由hh通过商得出的同态; BB 和 B′B' 是整环,B′B' 是BB 的积分(§1§ 1、no. 1、命题 2)。说 p\mathfrak{p}(或 p′\mathfrak{p}')是最大意味着 BB(或 B′B')是域。 命题由以下引理得出:

引理 2 04PM

令BB为整环且BB为AA子环,使得BB是AA的积分。为了使BB成为域,AA成为域是充分必要的。

引用了 2 · 被以下引用 1

引用了 定理 1, 命题 1, A V § 2

被以下引用 推出 2, V § 3

如果AA是域,那么,对于BB中的盟友≠0\neq 0,A[y]A[y]是由假设(§1§ 1,定理1)有限生成的AA-模块;因为A[y]A[y]是整环,所以它是域(*代数*,章V, § 2, no. 1,命题1)并且*更不必说*yy在BB中可逆,因此BB是域。相反,假设BB是域,并让z≠0z \neq 0进入AA;由于z−1∈Bz^{-1} \in B、z−1z^{-1}是AA的积分,其他字存在积分依赖方程

z−n+a1z−(n−1)+…+an=0 z^{-n} + a_1 z^{-(n-1)} + \ldots + a_n = 0

其中ai∈Aa_i \in A;现在这个关系表明

−z−1=a1+a2z+…+anzn−1∈A, -z^{-1} = a_1 + a_2 z + \ldots + a_n z^{n-1} \in A,

因此AA肯定是域。

推论 1 04PN

让h:A→A′h : A \to A'环同态使得A′A'是AA的积分,p\mathfrak{p}是AA和p′\mathfrak{p}'的素理想,a′a'位于上面的A′A'的两个理想p\mathfrak{p}使得p′⊂a′\mathfrak{p}' \subset a'。如果 p′\mathfrak{p}' 是素数,则 a′=p′a' = \mathfrak{p}'.

引用了 3 · 被以下引用 5

引用了 命题 11, II § 2, 引理 1, 命题 1

被以下引用 推论 2, 命题 12, VII § 1, 命题 14, VII § 1, 定义 1, VII § 2, 命题 18, VII § 4

让我们写S=A−pS = A - \mathfrak{p};那么 S−1A′S^{-1}A' 是 S−1AS^{-1}A 的积分 (§1§ 1, no. 5, 命题

16),S−1pS^{-1}p是S−1AS^{-1}A的最大理想(章11,§ 2, no. 5,命题11),S−1a′S^{-1}a'和S−1p′S^{-1}p'是位于S−1pS^{-1}p之上的S−1A′S^{-1}A'的理想(引理1) 和S−1a′⊇S−1p′S^{-1}a' \supseteq S^{-1}p'。由于 S−1p′S^{-1}p' 是质数,因此它最大为命题 1,因此为 S−1p′=S−1a′S^{-1}p' = S^{-1}a';因此a′a'包含在p′p'相对于h(S)h(S)的饱和度中,等于p′p'(章II, § 2, no. 5,命题11)。

推论 2 04PO

令A′A'为整环、AA子环或A′A',使得A′A'是AA和ff同态从A′A'到环的积分BB。如果限制到AA是单射的,那么ff是单射的。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 推论 1

被以下引用 命题 2

如果a′a'关闭核,则假设表示a′∩A=(0)a' \cap A = (0);由于A′A'是整环,可以应用推论1,将pp和p′p'分别作为AA的理想(0)和A′A'的理想(0),从而a′=(0)a' = (0)。

推论 3 04PP

令h:A→A′h : A \to A'为环同态,使得A′A'是AA和mm的积分,AA的最大理想,并假设A′A'中只有有限的数不同的最大理想mj′m'_j (1≤j≤n1 \leq j \leq n) 位于mm之上。令qj′q'_j为mA′mA'相对于mj′m'_j的饱和度(章II, § 2, no. 4)。然后: (i) 在零的环 A′/qj′A'/q'_j 除子中,元素 mj′/qj′m'_j/q'_j 并且它们是幂零的 (1≤j≤n1 \leq j \leq n)。 (ii) mA′=⋂jqj′=∏jqj′mA' = \bigcap_j q'_j = \prod_j q'_j。 (iii) 典范同态 A′/mA′→∏j(A′/qj′)A'/mA' \to \prod_j (A'/q'_j) 是双射的。

引用了 8

引用了 II § 2. 环和模分数, 命题 3, II § 1, 命题 4, II § 1, 命题 5, II § 1, 推论 1, II § 2, 推论 2, II § 3, § 2. 素理想的提升, 命题 1

对于A′A'到包含mA′mA'的素理想,其逆像低于hh包含mm是必要且充分的,因此它位于mm之上,因为mm在AA;因此,mj′m'_j是A′A'包含mA′mA'(命题1)的唯一素理想,因此c′=⋂jmj′c' = \bigcap_j m'_j是mA′mA'的根式(章II, § 2, no. 6,推论1到命题) 13)。由qj′q'_j、类 mod 的定义。 A′−mj′A' - m'_j元素qj′q'_j不是A′/qj′A'/q'_j中0除子;另一方面,由于mj′m'_j是不同的最大理想,对于每个指标jj,都存在元素aj′a'_j属于到⋂jmj′\bigcap_j m'_j而不是mj′m'_j(章II, § 1, no. 1, 命题 4):那么,对于所有 x∉mj′,aj′x∈r′x \notin m'_j, a'_j x \in r',因此类 mod。 aj′xa'_j x的qj′q'_j是幂零的,并且由于aj′a'_j的除子不是0,所以我们结论认为xx的类是幂零的;另外字mj′m'_j是qj′q'_j的部首,证明(i)。由此可见,qj′q'_j在对中互质(章II, § 1, no. 1,命题3); (iii) 因此将是 (ii) 的推论,考虑到章 II, § 1, no. 2、命题 5. 为了建立 (ii),我们注在环 A′/mA′A'/mA' 中,mj′/mA′m'_j/mA' 是唯一的最大理想,并且qj′/mA′q'_j/mA'是(0)相对于mj′/mA′m'_j/mA'(章11,§ 2, no. 4)的饱和度;因此,我们可能会将注意力集中在案例mA′=(0)mA' = (0); (ii) 的断言则从章II, § 3, no. 3,推论2到定理1。

注 (1) 04PQ

如果 A′A' 是诺特,则从 (i) 和 (ii) 可以得出,(qj′)1≤j≤n(q'_j)_{1 \leq j \leq n} 是 mA′mA' 的唯一初等分解 (章 IV, § 2, no. 3)。

引用了 1

引用了 IV § 2. 初等分解

定理 1 04PR

令h:A→A′h : A \to A'为单射环同态,使得AA是AA的积分,并且pp是AA的素理想。存在A′A'的素理想p′p'位于pp之上。

引用了 3 · 被以下引用 15

引用了 定理 1, II § 2, 引理 1, 命题 1

被以下引用 习题 9, § 3, 引理 2, 引理 4, 注 (2), 推论, 命题 4, 推论 2, 推论 1, 推论 2, 推论 3, 推论 4, 定理 3, 定理 3, VI § 1, 注, VII § 1, 习题 4, § 2

首先假设AA是局部环,pp是AA的最大理想;那么,对于A′A'的每个最大理想m′m',h−1(m′)h^{-1}(m')是AA(命题1)的最大理想,因此等于pp,在这种情况下证明了定理(因为A′A'包含 AA 乘以假设,因此不会减少到 0)。一般情况下,我们写 S=A−pS = A - p;那么 S−1AS^{-1}A 是局部环,其最大理想是 S−1pS^{-1}p (章 11, § 2, no. 5, 命题 11), S−1h:S−1A→S−1AS^{-1}h : S^{-1}A \to S^{-1}A,是单射 (章 II, § 2, no. 4, 定理 1) 并且S−1A′S^{-1}A' 是 S−1AS^{-1}A 的积分 (§1§ 1, no. 5, 命题 16);那么存在S−1pS^{-1}p上方的S−1A′S^{-1}A'的素理想q′q',并且我们知道q′=S−1p′q' = S^{-1}p',其中p′p'是位于pp(引理1)上方的A′A'的素理想。

如果 h:A→A′h : A \to A' 不是单射,定理 1 不再必然为真,如同态 Z→Z/nZ (n>1)Z \to \mathbf{Z}/n\mathbf{Z} \ (n > 1) 的例所示。然而定理 1 可以应用于典范嵌入 h(A)→A′h(A) \to A';在其他字中,定理 1 的叙述对于素理想 pp 包含 Ker(h)\mathrm{Ker}(h) 成立。

推论 1 04PS

假设定理 1、hˉ−1(pA′)=p\bar{h}^{-1}(pA') = p 和记号。

引用了 1

引用了 定理 1

pA′⊂p′pA' \subset p' 和 hˉ(p′)=p\bar{h}(p') = p。

推论 2 04PT

令h:A→A′h : A \to A'为环同态,使得A′A'是AA、aa和pp的积分,AA的两个理想,使得a⊂pa \subset p和a′a'的理想A′A'位于aa之上。假设 pp 是素数。那么存在A′A'的素理想p′p'位于pp和包含a′a'之上。

引用了 2 · 被以下引用 3

引用了 命题 2, 定理 1

被以下引用 推论, 命题 5, V § 3, 命题 18, VII § 4

如果 h1:A/a→A′/a′h_1 : A/a \to A'/a' 是 hh 取商所得的同态,h1h_1 是假设的单射,A′/a′A'/a' 是 A/aA/a 的积分(§1§ 1、no. 1、命题 2);则存在A′/a′A'/a'(AA中的p'素的)的素理想p′/a′p'/a'位于p/ap/a(定理 1)之上,并且p′p'是所需的理想。

推论 3 04PU

令AA为环且A′A'环包含AA并对AA整的。如果R′\mathscr{R}'是A′A'的雅各布森根式,那么R′∩A\mathscr{R}' \cap A就是AA的雅各布森根式。

引用了 2

引用了 命题 1, 定理 1

令 3232 为 AA 的雅各布森根式。对于A′A'的每个最大理想m′m',m′∩Am' \cap A是AA(命题1)的最大理想,因此R⊂m′∩A\mathscr{R} \subset m' \cap A,因此R⊂R′∩A\mathscr{R} \subset \mathscr{R}' \cap A(代数,章VIII, § 5, no. 3, 定义3)。相反地​​,令 x∈32′∩Ax \in 32' \cap A;对于AA的每个最大理想mm,都存在一个位于mm之上的素理想A′A'(定理1),并且这个理想m′m'必然是最大的(命题1),因此x∈m′∩A=mx \in m' \cap A = m和x∈32x \in 32。

推论 4 04PV

令 AA 为环、A′A' 环包含 AA,并从 AA 到代数闭域对 AA 和 ff 同态进行积分LL。那么ff可以从A′A'扩展到LL延伸到同态。

引用了 2 · 被以下引用 2

引用了 命题 2, 定理 1

被以下引用 推论 3, V § 3, 定理 1, VI § 1

令p\mathfrak{p}为ff的核,这是一个素理想,因为f(A)⊂Lf(A) \subset L是整环;令 p′\mathfrak{p}' 为A′A' 的素理想,位于 p\mathfrak{p} (定理 1) 之上。那么 A/pA/\mathfrak{p} 与 A′/p′A'/\mathfrak{p}' 的子环被规范地等同,并且 A′/p′A'/\mathfrak{p}' 是 A/pA/\mathfrak{p} 的积分(§1§ 1、no. 1、命题 2)。 同态 ff 定义,将A/pA/\mathfrak{p}的同构除以LL的子环f(A)f(A),可推广至域的同构gg 分数 KK A/pA/\mathfrak{p} 到子域 LL。由于分数 K′K' A′/p′A'/\mathfrak{p}' 的域是KK 上的代数,gg 可以扩展到K′K' 的同构 g′g' 到LL 的子域 (代数、章 V、§4§ 4、no. 2,定理 1 的推论);如果π′:A′→A′/p′\pi': A' \to A'/\mathfrak{p}'是典范同态,则g′∘π′g' \circ \pi'是同态,从A′A'到LL延伸ff。

注 (2) 04PW

令h:A→A′h : A \to A'为环同态,使得A′A'是AA的积分;那么关联的连续映射 ah:Spec(A′)→Spec(A)^a h : \mathrm{Spec}(A') \to \mathrm{Spec}(A) 是闭合的。对于A′A'的每个理想a′a',A′/a′A'/a'是A′A'上的积分,因此也超过AA(§1§ 1,no. 1,命题6),并且Spec(A′/a′)\mathrm{Spec}(A'/a')用闭子空间标识V(a′)V(a') 共 Spec(A′)\mathrm{Spec}(A');为了证明 ah^a h 是闭的,我们看到(替换 A′A' by A′/a′A'/a')足以证明ah^a h下Spec(A)′\mathrm{Spec}(A)'的像是Spec(A)\mathrm{Spec}(A)的闭子集;现在从定理 1 可以得出,这个像只是AA包含理想Ker(h)\mathrm{Ker}(h) 的素理想的集合,而这个集合被Spec(A)\mathrm{Spec}(A) 上拓扑的定义封闭。

引用了 2 · 被以下引用 2

引用了 命题 6, 定理 1

被以下引用 推论 4, 命题 7

命题 2 04PX

令h:A→A′h : A \to A'为环同态,使得A′A'是AA的积分,p\mathfrak{p}是AA、S=A−pS = A - \mathfrak{p}、(pi′)i∈I(p'_i)_{i \in I}的素理想,A′A'的所有素理想p\mathfrak{p}位于上面p\mathfrak{p}和S′=⋂i∈I(A′−pi)S' = \bigcap_{i \in I} (A' - p_i);然后S−1A′=S′−1A′S^{-1}A' = {S'}^{-1}A'。

引用了 1 · 被以下引用 3

引用了 推论 2

被以下引用 命题 1, 推论 2, 推论 4

事实上,通过定义 h(S)⊂S′h(S) \subset S' 并且,

h(S)−1A′=S−1A′, h(S)^{-1}A' = S^{-1}A',

凭借章II、§2§ 2、no. 3、命题8,足以证明,如果A′A'的素理想q′q'不满足h(S)h(S),那么它也不满足S′S'。现在,假设 q′∩h(S)=∅q' \cap h(S) = \varnothing 并令 q=h−1(q′)q = h^{-1}(q');然后q∩S=∅q \cap S = \varnothing,其他字q⊂pq \subset \mathfrak{p}。由于q′q'位于qq上方定义,因此从推论2到命题1,存在指标cc,使得q′⊂pc′q' \subset p'_c进而q′∩S′=∅q' \cap S' = \varnothing,从而完成证明。

命题 3 04PY

令h:A→A′h : A \to A'为环同态,使得A′A'是有限生成的AA模;那么,对于AA的每个素理想p\mathfrak{p},位于p\mathfrak{p}之上的A′A'的素理想集合是有限的。

引用了 2

引用了 命题 9, IV § 2, 引理 1

让S=A−pS = A - p;通过引理 1,我们可以通过 S−1AS^{-1}A 实现替换 AA,通过 S−1A′S^{-1}A' 实现 A′A'(这是一个有限生成的 S−1AS^{-1}A 模块),通过 S−1pS^{-1}p 实现 pp;在其他字中,我们可以假设AA是局部环,pp是它的最大理想。然后(通过本号开头的注),AA可以替换为A/pA/p,A′A'替换为A′/pA′A'/pA',pp替换为(0)(0),因为A′/pA′=(A/p)⊗AA′A'/pA' = (A/p) \otimes_A A'是有限生成的(A/p)(A/p)模块。这样,当AA为域和p=(0)p = (0)时,我们最终将问题减少为证明命题;那么A′A'是有限秩的AA代数,因此是阿廷的,我们知道在这样的代数中只有有限的数素理想(章IV, § 2, no. 5,命题9)。

2. 分解群和惯性群

定义 2 04PZ

令A′A'为环,并且GG群在A′A'(§1§ 1,no. 9)上运行。给定元素 σ∈G\sigma \in G 的素理想 p′⊂A′p' \subset A' 子群,使得 σ.p′=p′\sigma.p' = p' 被称为 p′p' 的分解群(相对于 GG),并用 Gz(p′)G^z(p') 表示。 Gz(p′)G^z(p')下不变的A′A'元素环称为p′p'的分解环(相对于GG)并用Az(p′)A^z(p')(*)表示。

被以下引用 3

被以下引用 定义 3, 推论 4, VI § 8, 命题 18, VII § 4

在没有歧义的情况下,我们经常分别写为GzG^z和AzA^z来代替Gz(p′)G^z(p')和Az(p′)A^z(p')。

对于所有σ∈Gz(p′)\sigma \in G^z(p'),我们还用环A′/p′A'/p'的z↦σ.zz \mapsto \sigma.z自同态表示,通过取商从A′A'的自同态x↦σ.xx \mapsto \sigma.x得出;显然群Gz(p′)G^z(p')在环A′/p′A'/p'上是这样运作的。

定义 3 04Q0

以定义 2 的记号、σ\sigma 的Gz(p′)G^z(p') 由……组成子群使得A′/p′A'/p' 的自同态 z↦σ.zz \mapsto \sigma.z 为恒等式,称为惯性群 p′p'(相对于GG)并用GT(p′)G^T(p')(或GTG^T)表示。 A′A'在GT(p′)G^T(p')下不变的元素的环称为p′p'的惯性环(相对于GG),并用AT(p′)A^T(p')(或ATA^T)(†)表示。

引用了 1

引用了 定义 2

如果AA是GG的不变量的A′A'由……组成中的子环,显然

A⊂Az(p′)⊂AT(p′)⊂A′. A \subset A^z(p') \subset A^T(p') \subset A'.

从定义 2 和 3 可以得出,对于所有 p∈Gp \in G,

Gz(ρ.p′)=ρGz(p′)ρ−1,GT(ρ.p′)=ρGT(p′)ρ−1. G^z(\rho.p') = \rho G^z(p') \rho^{-1}, \quad G^T(\rho.p') = \rho G^T(p') \rho^{-1}.

如果对于所有σ∈Gz(p′)\sigma \in G^z(p'),σˉ\bar{\sigma}是A′/p′A'/p'的自同构z↦σ.zz \mapsto \sigma.z,σ↦σˉ\sigma \mapsto \bar{\sigma}是GzG^z到群Γ0\Gamma_0的同态(称为规范),自同构的

(*) 字母ZZ是德语字“Zerlegung”的首字母,意思是“分解”。 (†) 字母 T 是德语字“Tragheit”的首字母,意思是“惯性”。

A'/p' 留下 AZ/(p′∩AZ)A^{\mathbf{Z}}/(p' \cap A^{\mathbf{Z}}) 的不变式元素(规范地用 A′/p′A'/p' 的子环来识别)并且通过定义 GΓ(p′)\mathscr{G}^{\Gamma}(p') 是这个典范同态的核;因此,GΓ\mathscr{G}^{\Gamma} 是 GZ\mathscr{G}^{\mathbf{Z}} 的正常子群。如果k′k'是A′/p′A'/p'的分数的域,A′/p′A'/p'的每一个自同构都可以唯一地扩展到k′k'的自同构,这样σ↦σˉ\sigma \mapsto \bar{\sigma}可以被认为是从GZ(p′)\mathscr{G}^{\mathbf{Z}}(p')到同态 k′k' 自同构群。 注最后,由于GΓ\mathscr{G}^{\Gamma}在GZ\mathscr{G}^{\mathbf{Z}}正常,AΓA^{\Gamma}在GZ\mathscr{G}^{\mathbf{Z}}下稳定。

引理 3 04Q1

设A′A'为环、G\mathscr{G}群,对G\mathscr{G}、p′p'的不变量A′A'、AA环进行操作,A′A'的素理想和SS AA 的乘法子集不满足p′p'。然后 GZ(S−1p′)=GZ(p′)\mathscr{G}^{\mathbf{Z}}(S^{-1}p') = \mathscr{G}^{\mathbf{Z}}(p')、GΓ(S−1p′)=GΓ(p′)\mathscr{G}^{\Gamma}(S^{-1}p') = \mathscr{G}^{\Gamma}(p'),如果 G\mathscr{G} 局部有限,则S−1AZ(p′)=AZ(S−1p′)S^{-1}A^{\mathbf{Z}}(p') = A^{\mathbf{Z}}(S^{-1}p') 和 S−1AΓ(p′)=AΓ(S−1p′)S^{-1}A^{\Gamma}(p') = A^{\Gamma}(S^{-1}p')。

引用了 1 · 被以下引用 2

引用了 命题 23, V § 1

被以下引用 命题 4, 定理 2

由于SS的元素在G\mathscr{G}下是不变的,显然,如果σ.p′=p′\sigma.p' = p',也有σ.(S−1p′)=S−1p′\sigma.(S^{-1}p') = S^{-1}p'。相反,假设σ∈G\sigma \in \mathscr{G}使得σ.(S−1p′)=S−1p′\sigma.(S^{-1}p') = S^{-1}p';那么,如果x∈p′x \in p',(σ.x)/1∈S−1p′(\sigma.x)/1 \in S^{-1}p',因此存在s∈Ss \in S使得s(σ.x)∈p′s(\sigma.x) \in p',从而σ.x∈p′\sigma.x \in p',因为p′p'是素数且s∉p′s \notin p';这证明了σ.p′⊂p′\sigma.p' \subset p',并且可以类似地证明σ−1.p′⊂p′\sigma^{-1}.p' \subset p',因此σ.p′=p′\sigma.p' = p'和σ∈GZ(p′)\sigma \in \mathscr{G}^{\mathbf{Z}}(p')。如果σ∈GΓ(p′)\sigma \in \mathscr{G}^{\Gamma}(p'),则σ.x−x∈p′\sigma.x - x \in p'对于所有x∈A′x \in A',因此,对于所有s∈Ss \in S,

σ.(x/s)−(x/s)=(O.x−x)/s∈S−1p′ \sigma.(x/s) - (x/s) = (O.x - x)/s \in S^{-1}p'

因此σ∈GΓ(S−1p′)\sigma \in \mathscr{G}^{\Gamma}(S^{-1}p')。相反,假设σ∈GΓ(S−1p′)\sigma \in \mathscr{G}^{\Gamma}(S^{-1}p');那么,对于所有x∈A′x \in A',σ.(x/1)−(x/1)∈S−1p′\sigma.(x/1) - (x/1) \in S^{-1}p',因此存在s∈Ss \in S,使得s(σ.x−x)∈p′s(\sigma.x - x) \in p',从而如上σ.x−x∈p′\sigma.x - x \in p',这证明了σ∈GΓ(p′)\sigma \in \mathscr{G}^{\Gamma}(p')。最后两个断言是从§ 1, no. 9、命题23开始的。

定理 2 04Q2

令A′A'为环,G\mathscr{G}有限群对G\mathscr{G}的不变量A′A'和AA环进行运算,使得A′A'在AA上积分(§ 1, no. 9, 命题22).

引用了 12 · 被以下引用 9

引用了 命题 22, V § 1, 定义 2, A V § 6, 命题 2, II § 1, 命题 1, 命题 23, V § 1, 命题 5, V § 1, § 2. 素理想的提升, 引理 3, 命题 4, A V § 11, 注 2, A V § 3, 命题 11, A V § 7, 命题 12, A V § 7

被以下引用 推论 3, 定义 5, 推论, 命题 4, 推论 1, 命题 5, 命题 6, 习题 8, § 8, 习题 9, § 8

(i) 给定A′A'的两个素理想p′,q′p', q'位于AA的同一素理想pp之上,存在σ∈G\sigma \in \mathscr{G}使得q′=σ.p′q' = \sigma.p';在其他字中,G\mathscr{G}可传递地作用于pp之上的A′A'素理想的集合。

(ii) 设p′p'为A′A'、p=p′∩Ap = p' \cap A和kk(分别为k′k')、域或A/pA/p(分别为A′/p′A'/p')的分数。那么k′k'是kk和典范同态σ↦σˉ\sigma \mapsto \bar{\sigma}从GZ(p′)\mathscr{G}^{\mathbf{Z}}(p')到群Γ\Gamma的kk自同构(k′k'定义),通过取GZ(p′)/GΓ(p′)\mathscr{G}^{\mathbf{Z}}(p')/\mathscr{G}^{\Gamma}(p') 的同构到 Γ\Gamma 的商。

(*) 在阶中,为了避免与字“正常”的其他含义混淆,我们今后使用项“准伽罗瓦扩展”作为代数、章、V, § 6, no. 2、定义2中定义的项“正常扩张”的同义词。

(i) 如果x∈qx \in \mathfrak{q}则∏σ∈Gσ.x∈q′∩A=p⊂p′\prod_{\sigma \in \mathscr{G}} \sigma.x \in q' \cap A = p \subset p';那么存在σ∈G\sigma \in \mathscr{G}使得σ.x∈p′\sigma.x \in p',即x∈σ−1.q′x \in \sigma^{-1}.q'。我们结论即q′⊂⋃σ∈Gs.p′q' \subset \bigcup_{\sigma \in \mathscr{G}} \mathfrak{s}.\mathfrak{p}',因此(因为G\mathscr{G}是有限的且s.p′\mathfrak{s}.\mathfrak{p}'素的)存在σ∈G\sigma \in \mathscr{G}使得q′⊂s.p′\mathfrak{q}' \subset \mathfrak{s}.\mathfrak{p}'(章II, § 1, no. 1,命题2);因为q′q'和σ.p′\sigma.\mathfrak{p}'都位于pp、q′=σ.p′q' = \sigma.\mathfrak{p}'之上(no. 1,推论1到命题1)。

(ii) 要看出k′k'是kk的拟伽罗瓦扩展,只需证明元素xˉ∈A′/p′\bar{x} \in A'/p'是k[X]k[X]中的多项式PP的根,其所有根都在A′/p′A'/p'中(代数、章 V, § 6, no. 3、推论 3 至命题 9)。现在,让x∈A′x \in A'代表类xˉ\bar{x};多项式 Q(X)=∏σ∈G(X−σ.x)Q(X) = \prod_{\sigma \in \mathscr{G}} (X - \sigma.x) 的所有系数都在 AA 中;令P(X)P(X)为(A/p)[X](A/p)[X]中的多项式,其系数为QQ在典范同态π:A→A/p\pi : A \to A/p下的像。由于π\pi可以被认为是典范同态π′:A′→A′/p′\pi' : A' \to A'/p'的限制到AA,因此可以看出,PP是线性因子X−π′(σ.x)X - \pi'(\sigma.x)的(A′/p′)[X](A'/p')[X]中的乘积,因此求解自xˉ=π′(x)\bar{x} = \pi'(x)起问题。

显然,对于所有σ∈Gz\sigma \in \mathscr{G}^z,σ^\hat{\sigma}是k′k'的kk自同构;仍然需要验证 σ↦σ^\sigma \mapsto \hat{\sigma} 映射 Gz\mathscr{G}^z 到 k′k' 的所有 kk 自同构的群上。让我们写S=A−pS = A - p;由于§ 1, no. 9、命题 23 和关系 S−1p′∩S−1A=S−1(A∩p′)=S−1pS^{-1}p' \cap S^{-1}A = S^{-1}(A \cap p') = S^{-1}p,kk 和k′k' 分别不会被替换 A′A' 和p′p' S−1A′S^{-1}A' 和S−1p′S^{-1}p' 改变(章11,§ 2, no. 4);从引理 3 可以看出,Gz\mathscr{G}^z 及其在 k′k' 上的运算都没有改变;因此,我们可以将注意力限制在pp最大的情况,在这种情况下,我们知道p′p'也是最大(no. 1,命题1),因此对于某些x∈A′x \in A',k′k'的每个元素都是形式π′(x)\pi'(x);从上面可以看出,这样的元素是次数≤Card(G)\leq \mathrm{Card}(\mathscr{G})的k[X]k[X]多项式的根。由于kk的每个有限可分扩张都承认一个原语元素(代数,章V, § 7, no. 7,命题12和§ 11, no. 4,命题4),因此可以看出,每个有限可分扩张 k′k'中包含的kk是次数≤Card(G)\leq \mathrm{Card}(\mathscr{G})、从而,因此k′k'中包含的kk中的最大的可分扩张ks′k'_s(代数, 章 V, § 7, no. 6、命题 11) 为次数 ≤Card(G)\leq \mathrm{Card}(\mathscr{G}) (代数、章 V, § 3, no. 2、注 2)。令y∈A′y \in A'为元素,使得π′(y)\pi'(y)是ks′k'_s的原语元素。 σ∈G−Gz\sigma \in \mathscr{G} - \mathscr{G}^z 的理想σ.p′\sigma.p' 是最大的,并且与 p′p' 相差定义;因此,存在x∈A′x \in A',使得x≡y(modp′)x \equiv y \pmod{p'}和x∈σ−1p′x \in \sigma^{-1}p'对应σ∈G−Gz\sigma \in \mathscr{G} - \mathscr{G}^z(章11,§ 1, no. 2,命题5)。既然如此,设uu是k′k'的kk自同构,并设P(X)=∏σ∈G(X−π′(σ.x))P(X) = \prod_{\sigma \in \mathscr{G}} (X - \pi'(\sigma.x));由于π′(x)\pi'(x)是PP和P∈k[X]P \in k[X]的根,u(π′(x))u(\pi'(x))也是k′k'中PP的根,因此存在τ∈G\tau \in \mathscr{G}使得

u(π′(x))=π′(τ.x); u(\pi'(x)) = \pi'(\tau.x);

但是u(π′(x))≠0u(\pi'(x)) \neq 0,对于σ∈G−Gz\sigma \in \mathscr{G} - \mathscr{G}^z,σ.x∈p′\sigma.x \in p',因此π′(σ.x)=0\pi'(\sigma.x) = 0;我们结论必然τ∈Gz\tau \in \mathscr{G}^z。但由于uu和τ~\tilde{\tau}对于ks′k'_s的原语元素π′(y)=π′(x)\pi'(y) = \pi'(x)具有相同的值,因此它们在ks′k'_s上有重合,并且由于k′k'是ks′k'_s的根式扩张,他们在k′k'上重合。

推论 04Q3

根据假设和定理2中的记号,令f1,f2f_1, f_2为AA至域LL中的两个同态,且限制至AA相同。那么存在 σ∈G\sigma \in \mathscr{G} 这样

引用了 2 · 被以下引用 1

引用了 定理 2, 习题 9, § 2

被以下引用 推论 1

f2(x)=f1(σ.x) f_2(x) = f_1(\sigma.x)

对于所有人x∈A′x \in A'。

设pi′p'_i为fif_i(i=1,2i = 1, 2)的核,这是A′A'的素理想; 假设 p1′∩A=p2′∩Ap'_1 \cap A = p'_2 \cap A,而这个交是AA的素理想pp;因此存在 τ∈G\tau \in \mathscr{G} 使得 τ.p2′=p1′\tau.p'_2 = p'_1 (定理 2 (i)); 替换f1f_1乘以同态x↦f1(τ.x)x \mapsto f_1(\tau.x),我们可以假设p2′=p1′p'_2 = p'_1(我们用p′p'表示的理想)。通过求商,我们可以从f1f_1和f2f_2从A′/p′A'/p'到LL得出两个单同态f1′,f2′f'_1, f'_2,因此从域得出扩展到两个单同态f1′′,f2′′f''_1, f''_2 分数k′k'共A′/p′A'/p'至LL。由于 k′k' 是 kk 的准伽罗瓦扩展,k1′′=f1′′(k′)k''_1 = f''_1(k') 和 k2′′=f2′′(k′)k''_2 = f''_2(k') 也是如此(k 与 LL 的子域相同),而且,k1′′k''_1 在 k2′′,k1′′=k2′′k''_2, k''_1 = k''_2 上存在 k 同构(*代数*、章V, § 6、命题6)。因此f1′′∘f2′′−1f''_1 \circ {f''_2}^{-1}是k′k'的k-自同构; 定理 2 (ii) 因此,它是形式 6,其中σ∈Gz(p′)\sigma \in \mathscr{G}^z(p')。特别是,对于所有 x∈A′x \in A' 元素 f2(x)f_2(x) 和 f1(σ.x)f_1(\sigma.x) 都是相等的。

注

(1) 注在定理 2 的假设下,如果k′k' 在kk (习题 9) 上不可分,则k′k' 可能在kk 上“无限”。

(2) 显然,如果域 kk 是*完美*,则 kk 是 kk 的 伽罗瓦 扩张。那么它在 kk 上是有限的。

命题 4 04Q4

设A′A'为环、G\mathscr{G}有限群,对G\mathscr{G}的不变量的A′A'、H\mathscr{H}子群进行操作,G\mathscr{G}、AA和BB环分别为 H\mathscr{H} 和 p′p' AA 的素理想;让我们写 p=A∩p′p = A \cap p' 和 p(B)=B∩p′p(B) = B \cap p'。

引用了 13 · 被以下引用 6

引用了 定理 2, II § 2. 环和模分数, 命题 11, II § 2, 命题 23, V § 1, 引理 3, 命题 5, V § 1, 命题 1, 定理 1, 命题 10, II § 2, 命题 2, II § 1, 命题 2, V § 1, 推论(克鲁尔), III § 3, 习题 10, § 2

被以下引用 习题 11, § 2, 推论 2, 命题 5, 推论 4, 命题 7, 习题 8, § 8

(i) 要使H\mathscr{H}包含在分解群Gz(p′)\mathscr{G}^z(p')中,p′p'是AA位于p(B)p(B)之上的唯一素理想,是充分必要的。

(ii) 如果H\mathscr{H}包含于Gz(p′)\mathscr{G}^z(p'),则满足以下条件: (a) 环A/pA/p和B/p(B)B/p(B)具有相同的域和分数。 (b) 局部环Bp(B)B_{p(B)}的最大理想等于pBp(B)pB_{p(B)}。

(iii) 进一步假设A′A'为整环且⋂n≥0pnAp′=0\bigcap_{n \geq 0} p^nA'_p = 0;那么条件 (a) 和 (b) & (ii) 意味着 Gz(p′)\mathscr{G}^z(p') 使 BB 保持不变元素。

(i) 由定理 2 (i) 可知,位于p(B)p(B)之上的AA的素理想是形式 σ.p′\sigma.p'的理想,其中σ∈H\sigma \in \mathscr{H}; 从而立即 (i)。

(ii) 我们写S=A−pS = A - p;我们知道S−1A′S^{-1}A'中G\mathscr{G}和H\mathscr{H}的不变量环分别为S−1AS^{-1}A和S−1BS^{-1}B(§ 1, no. 9,命题23)和GZ(S−1p)=GZ(p′)\mathscr{G}^{\mathbf{Z}}(S^{-1}p) = \mathscr{G}^{\mathbf{Z}}(p')(引理3);最后S−1p(B)=S−1p′∩S−1BS^{-1}p(B) = S^{-1}p' \cap S^{-1}B(章II, § 2, no. 4),环S−1BS^{-1}B的素理想S−1p(B)S^{-1}p(B)的局部环与Bp(B)B_{p(B)}自然同构,其剩余类域与域同构分数 / B/p(B)B/p(B)(章 II, § 2, no. 5、命题 11)。因此,我们可以证明 (ii) 将我们的注意力限制在 pp 最大的情况。为建立(a),只需证明

B=A+p(B) B = A + p(B)

因为这将表明域 A/pA/p 和 B/p(B)B/p(B) 是*自然同构*。到定理 2 时,只有有限数的 A′A' 素理想位于 pp 之上,到 no. 1 的定理 1 时,至少有一个 A′A' 素理想位于 BB 的每个素理想之上;这意味着BB的素理想只有*有限*数位于pp之上;让njn_j (1≤j≤r1 \leq j \leq r) 表示这些理想中的≠p(B)\neq p(B)。设xx为BB的元素;由于理想 p(B)p(B) 和 njn_j 是最大的 (no. 1, 命题 1),因此存在 y∈By \in B,使得 y≡xy \equiv x (mod. p(B)p(B)) 和 y∈njy \in n_j 对于 1≤j≤r1 \leq j \leq r (章 11, § 1, no. 2、命题5)。令y1=y,y2,…,yqy_1 = y, y_2, \ldots, y_q不同于G\mathscr{G}下的yy轨道元素;显然地

z=y1+y2+⋯+yq∈A, z = y_1 + y_2 + \cdots + y_q \in A,

并建立(3),只要证明 yi∈p′y_i \in p' 对于 i≥2i \geq 2 就足够了,因为那时我们将从 x≡yx \equiv y(模 p(B)p(B))推论出 z−y∈p′∩B=p(B)z - y \in p' \cap B = p(B)、从而 x∈A+p(B)x \in A + p(B)。然后令i≥2i \geq 2和σ∈G\sigma \in \mathscr{G}使得σ.y=yi\sigma.y = y_i;我们证明σ−1.p′\sigma^{-1}.p'不高于p(B)p(B)。否则,将存在τ∈H\tau \in \mathscr{H}使得σ−1.p′=τ.p′\sigma^{-1}.p' = \tau.p'(定理2(i)),从而(τ−1σ−1).p′=p′(\tau^{-1}\sigma^{-1}).p' = p',在其他字τ−1σ−1∈GZ⊂H\tau^{-1}\sigma^{-1} \in \mathscr{G}^{\mathbf{Z}} \subset \mathscr{H}由假设,从而σ∈H\sigma \in \mathscr{H};但对于y∈By \in B和σ.y≠y\sigma.y \neq y来说,这是荒谬的。我们结论认为σ−1.p′\sigma^{-1}.p'高于理想之一njn_j,并且,正如y∈njy \in n_j与构造一样,当然是y∈σ−1.p′y \in \sigma^{-1}.p'或yi=σ.y∈p′y_i = \sigma.y \in p'。

证明 (b) 足以证明p(B)p(B)包含在理想pBpB相对于p(B)p(B)的*饱和度*qq中(章II, § 2, no. 4,命题10);由于 p(B)p(B) 不包含在 njn_j (1≤j≤r1 \leq j \leq r) 中,因此只需证明

p(B)⊂q∪n1∪⋯∪nr p(B) \subset q \cup n_1 \cup \cdots \cup n_r

通过章 II, § 1, no. 1、命题 2。为此,我们考虑元素 u∈p(B)u \in p(B) 属于到 njn_j (1≤j≤r1 \leq j \leq r) (章 11、§ 1, no. 1、命题) 2);令u1=u,u2,…,umu_1 = u, u_2, \ldots, u_m为G\mathscr{G}下uu的轨道的不同元素;我们写w=u1u2…um,v=u2…umw = u_1u_2 \ldots u_m, v = u_2 \ldots u_m;显然w∈Aw \in A;另一方面,如果τ∈H\tau \in \mathscr{H},τ.u=u\tau.u = u,因此对于i≥2i \geq 2必然是τ.ui≠u\tau.u_i \neq u,这表明τ.v=v\tau.v = v,因此v∈Bv \in B。可以如(a)的证明所示,如果σ∈G\sigma \in \mathscr{G}是这样的σ.u=ui\sigma.u = u_i,其中i≥2i \geq 2、σ−1.p′\sigma^{-1}.p'位于njn_j之一之上,并且如u∉nju \notin n_j,也位于字中的u∉σ−1.p′u \notin \sigma^{-1}.p' ui∉p′u_i \notin p'。我们结论v∉p′v \notin p',因此v∉p(B)v \notin p(B)。另一方面,显然w∈p′∩A=pw \in p' \cap A = p和关系w=uvw = uv表明uu相对于p(B)p(B)处于pBpB的饱和状态,因此成立(4)。

(iii) 假设A′A'为整环,则(ii)的⋂n≥0pnAp′=0\bigcap_{n \geq 0} p^n A'_p = 0和条件成立。与(ii)中的记号相同,显然S−1A′S^{-1}A'是整环和S−1Ap′=Ap′S^{-1}A'_p = A'_p;因此,可以通过S−1A′S^{-1}A'和S−1p′S^{-1}p'来替换、A′A'和p′p',在其他字中,还假设理想的pp是最大的。假设 (a) 和 (b) 意味着

Bp(B)=A+pBp(B) \mathbf{B}_{p(B)} = A + p \mathbf{B}_{p(B)}

到 nn 上的归纳,我们推导出所有 n>0n > 0 都有 Bp(B)=A+pnBp(B)\mathbf{B}_{p(B)} = A + p^n \mathbf{B}_{p(B)}。然后令σ\sigma为GZ\mathscr{G}^\mathbf{Z}的元素,并且xx为BB的元素。对于所有n>0n > 0,存在an∈Aa_n \in A使得x−an∈pnBp(B)⊂pnAp′x - a_n \in p^n \mathbf{B}_{p(B)} \subset p^n A'_p;作为σ.an=a\sigma.a_n = a和σ.p′=p′\sigma.p' = p',我们推导出σ.x−x∈pnAp′\sigma.x - x \in p^n A'_p。由于这个关系对所有nn都成立,所以我们从假设得到结论到σ.x=x\sigma.x = x。

哈克斯

(3) 如果A′A'是整环且诺特,则条件⋂n≥1pnAp′=0\bigcap_{n \geq 1} p^n A'_p = 0始终成立(章III, § 3, no. 2,命题5的推论)。可以证明,如果假设A′A'为整环且AA为诺特,则也满足此条件。

(4) 如果pp不是AA的最大理想,则关系(3)在(ii)的假设下不一定成立,因此即使我们取H=GZ\mathscr{H} = \mathscr{G}^\mathbf{Z}、从而B=A′′B = A'' (习题),A/pA/p和B/p(B)B/p(B)也不一定是同构的10)。

推论 1 04Q5

假设定理 2 环 A/pA/p 和 AZ/(p′∩AZ)A^\mathbf{Z}/(p' \cap A^\mathbf{Z}) 具有相同的域分数且局部环 (AZ)p′∩AZ′(A^\mathbf{Z})'_{p' \cap A^\mathbf{Z}} 的最大理想由 pp 生成。

引用了 1

引用了 定理 2

推论 2 04Q6

令A′A'为整环、G\mathscr{G}有限群,对G\mathscr{G}和p′p'的不变量A′A'、A′A'环进行运算,A′A'的素理想;令K,KZK, K^\mathbf{Z}和KK分别为A,AZA, A^\mathbf{Z}和A′A'的分数域。那么K′K'是KK的伽罗瓦扩张和KK包含于KK的子域LL,这样p′p'是A′A'位于理想p′∩Lp' \cap L之上的唯一素理想的 A′∩LA' \cap L 正是那些包含 KZK^\mathbf{Z}。

引用了 3 · 被以下引用 1

引用了 命题 23, V § 1, 命题 4, 定理 3, A V § 10

被以下引用 定义 4

G\mathscr{G} operates on K′K' and KK is the field of invariants of G\mathscr{G} in K′K' (§ 1, no. 9, Proposition 23 applied to S=A−{0}S = A - \{0\}) and similarly KZK^\mathbf{Z} is the field of invariants of GZ\mathscr{G}^\mathbf{Z}; by definition K′K' is therefore a Galois extension of KK. If is the subgroup of G\mathscr{G} consisting of those σ∈G\sigma \in \mathscr{G} leaving invariant the elements of L, to say that L contains KZK^{\mathbf{Z}} means that H\mathscr{H} is contained in GZ\mathscr{G}^{\mathbf{Z}} (Algebra, Chapter V, § 10, no. 5, Theorem 3) and, as L is the field of invariants of H\mathscr{H} in K′K', A′∩LA' \cap L is the ring of invariants of H\mathscr{H} in A′A'; the second assertion then follows from Proposition 4 (i).

定义 4 04Q7

根据推论 2 至命题 4 的假设和记号,如果位于p\mathfrak{p}之上的A′A'素理想数等于[K′:K][K':K],则称AA的素理想p\mathfrak{p}在K′K'中完全分解。

引用了 1

引用了 推论 2

It amounts to the same to say that, for a prime ideal p′\mathfrak{p}' of A′A' lying over p\mathfrak{p}, the subgroup GZ(p′)\mathscr{G}^{\mathbf{Z}}(\mathfrak{p}') is equal to the subgroup M\mathscr{M} leaving invariant all the elements of A′A', or that AZ(p′)=A′A^{\mathbf{Z}}(\mathfrak{p}') = A', or that G/M\mathscr{G}/\mathscr{M} operates faithfully on the set of prime ideals of A′A' lying above p\mathfrak{p}.

推论 3 04Q8

设A′A'为整环,G\mathscr{G}是对A′A',AA环进行运算的有限交换群,G\mathscr{G}的不变量,p\mathfrak{p}是AA和KK的素理想,并且分别为AA和A′A'分数K′K'域。 那么p\mathfrak{p}之上的A′A'的素理想都有相同的分解环AZA^{\mathbf{Z}},分数KZK^{\mathbf{Z}}的域和AZA^{\mathbf{Z}}的最大的中间域 KK和K′K',其中p\mathfrak{p}完全分解。

引用了 1

引用了 定理 2

如果p′\mathfrak{p}'是位于p\mathfrak{p}之上的A′A'的素理想,则GZ(σ.p′)=GZ(p′)\mathscr{G}^{\mathbf{Z}}(\sigma.\mathfrak{p}') = \mathscr{G}^{\mathbf{Z}}(\mathfrak{p}'),因为G\mathscr{G}是可交换的(公式 (2)),因此(定理 2 (i))位于p\mathfrak{p}之上的A′A'的所有素理想具有相同的性质分解群 GZ\mathscr{G}^{\mathbf{Z}},因此相同的分解环 AZA^{\mathbf{Z}};他们的数是(G:GZ)(\mathscr{G}:\mathscr{G}^{\mathbf{Z}})。令L为K与K′K'之间的中间域,并令H\mathscr{H}为G\mathscr{G}的子群,留下L的不变式元素; p′\mathfrak{p}'相对于H\mathscr{H}的分解群为GZ∩H\mathscr{G}^{\mathbf{Z}} \cap \mathscr{H};由于A′∩LA' \cap L是A′A'中H\mathscr{H}不变量的环,位于p′∩L\mathfrak{p}' \cap L之上的A′A'素理想的数是(H:(GZ∩H))=(HGZ:GZ)(\mathscr{H}:(\mathscr{G}^{\mathbf{Z}} \cap \mathscr{H})) = (\mathscr{H}\mathscr{G}^{\mathbf{Z}}:\mathscr{G}^{\mathbf{Z}})(因为G\mathscr{G}是可交换的)。因此,位于p\mathfrak{p}之上的A′∩LA' \cap L素理想的数是(G:HGZ)(\mathscr{G}:\mathscr{H}\mathscr{G}^{\mathbf{Z}})。为了使p\mathfrak{p}在L中完全分解,(G:HGZ)=[L:K]=(G:H)(\mathscr{G}:\mathscr{H}\mathscr{G}^{\mathbf{Z}}) = [L:K] = (\mathscr{G}:\mathscr{H})是必要且充分的,并且,作为H⊂HGZ\mathscr{H} \subset \mathscr{H}\mathscr{G}^{\mathbf{Z}},这相当于HGZ=H\mathscr{H}\mathscr{G}^{\mathbf{Z}} = \mathscr{H},或者还相当于GZ⊂H\mathscr{G}^{\mathbf{Z}} \subset \mathscr{H},最后相当于L⊂KZL \subset K^{\mathbf{Z}}。

命题 5 04Q9

假设定理 2 的记号,AT/(p′∩AT)A^T/(\mathfrak{p}' \cap A^T) 的分数 kTk^T 域等于k′k' 中包含的kk 最大的可分扩张 ks′k'_s。

引用了 4 · 被以下引用 4

引用了 定理 2, 命题 1, 命题 4, 命题 4, A V § 8

被以下引用 推出, 推论 4, 习题 8, § 8, 习题 9, § 8

如在命题 4 中,这可以简化为p\mathfrak{p} 是AA 的最大理想,这意味着p′\mathfrak{p}'、p′∩AZ\mathfrak{p}' \cap A^{\mathbf{Z}} 和p′∩AT\mathfrak{p}' \cap A^T 分别在A′A'、AZA^{\mathbf{Z}} 和ATA^T 中最大(no. 1, 命题1)。

对于所有x∈A′x \in A',多项式P(X)=∏σ∈GT(X−σ.x)P(X) = \prod_{\sigma \in \mathscr{G}^T} (X - \sigma.x)的惯性系数为环ATA^T,并且通过GT\mathscr{G}^T的定义,A′A'中的所有根都是同余模。 p′\mathfrak{p}'; AT/(p′∩AT)A^T/(\mathfrak{p}' \cap A^T)上的多项式π′(P)\pi'(P)其系数是P在同态π′:A′→A′/p′\pi':A' \to A'/\mathfrak{p}'下的系数的典范像,因此A′/p′A'/\mathfrak{p}'中的所有根等于xx的像,这表明k′k'是根式扩张 / kTk^T; 从而ks′⊂kTk'_s \subset k^T,因为ks′k'_s的每个元素都可以在k上分离,而更不必说在kTk^T上可分离。

我们知道ks′k'_s是k的伽罗瓦扩张(代数,章V, § 10, no. 9,命题14),并且从定理2可以得出它的伽罗瓦群与G′=Gz/GT\mathscr{G}' = \mathscr{G}^z / \mathscr{G}^T同构的。由于kTk^T是ks′k'_s的根扩张,kTk^T是k的拟伽罗瓦扩展,并且kTk^T的次数在k上的可分因子是q=(Gz:GT)q = (\mathscr{G}^z : \mathscr{G}^T )。仍有待观察kTk^T是k的可分扩张。我们在上面看到,G′\mathscr{G}'与ATA^T的自同构群等同,而AzA^z是G′\mathscr{G}'的不变量的环。如果x∈ATx \in A^T,则多项式Q(X)=∏σ′∈G′(X−σ′(x))Q(X) = \prod_{\sigma' \in \mathscr{G}'} (X - \sigma'(x))的系数在AzA^z中; Az/(p′∩Az)A^z / (p' \cap A^z) 上 Q 在 π′\pi' 下的系数为像的多项式为次数 qq,并且有根 π′(x)∈AT/(p′∩AT)\pi'(x) \in A^T / (p' \cap A^T )。由于Az/(p′∩Az)=kA^z / (p' \cap A^z) = k乘以命题 4 (ii),我们看到kTk^T的每个元素都是超过k的次数≤q\leq q。

既然如此,令k为kk的拟伽罗瓦扩展kTk^T的k-自同构群的不变量域;然后[kT:k1]=q[k^T : k_1] = q(代数,章V, § 10, no. 9,命题14)。设uu是kTk^T在k1k_1上的原语元素;由于它在 k 上具有次数 qq,并且在 k 上具有次数 ≤q\leq q,因此它在 k 上具有次数 qq 及其在 k 上的最小多项式,其系数为 kk;这表明 uu 在 k 上是可分的。另一方面,对于所有v∈k1v \in k_1,存在特征指数p的幂p′p'使得vp′∈kv^{p'} \in k。我们结论k(u−v)k(u - v),其中包含

(u−v)p′=up′−vp′, (u - v)^{p'} = u^{p'} - v^{p'},
包含 up′u^{p'},因而k(up′)k(u^{p'})。但由于 uu 可以在 kk、k(u)=k(up′)k(u) = k(u^{p'}) (代数、章 V, § 8, no. 3、命题 4)、从而 k(u)⊂k(u−v)k(u) \subset k(u - v) 上分离。由于uu在k上是次数qq并且u−vu - v是次数≤q\leq q,因而k(u)=k(u−v)k(u) = k(u - v),从而v∈k(u)v \in k(u)。这表明 vv 在 k 上可分离,因而 k1=kk_1 = k 和 kTk^T 在 kk 上可分离。

推出 04QA

如果惯性群GT(p′)\mathscr{G}^T(p')的阶与k的特征指数p互质,则域k′k'就是k的伽罗瓦扩张。

引用了 1

引用了 命题 5

当记号为证明为命题5时,多项式π′(P)\pi'(P)在kT=ks′k^T = k'_s中有系数,并且其所有根等于π′(x)\pi'(x);我们立即推断出π′(P)\pi'(P)是π′(x)\pi'(x)在ks′k'_s上的最小多项式的幂;但后者的次数等于p的幂,因而,由于π′(P)\pi'(P)的次数等于GT\mathscr{G}^T的阶,假设意味着π′(x)∈ks′\pi'(x) \in k'_s,而其他字ks′=k′k'_s = k'。

3. 分解和积分闭域的惯性

引理 4 04QB

设 A 为积分闭域,K 为分数的域,p 为 K 的特征指数,K' 为 K 的基数扩张,A' 为 K' 包含 A 的子环,并在 A 上积分。对于 A 的每个素理想 p,都存在一个唯一的素理想* p' A′A'位于pp和p′p'之上的是x∈A′x \in A'的集合,因此存在整数m≥0m \geq 0,其中xpm∈px^{p^m} \in p。

引用了 1 · 被以下引用 2

引用了 定理 1

被以下引用 定义 5, 命题 6

p′p' 的存在源自no. 1、定理 1。如​​果x∈p′x \in p',则存在m≥0m \geq 0,使得xpm∈Kx^{p^m} \in K、从而 xpm∈Ax^{p^m} \in A,因为AA 是积分闭集,因此xpm∈p′∩A=px^{p^m} \in p' \cap A = p。相反,如果 x∈A′x \in A' 满足 xpm∈p⊂p′x^{p^m} \in p \subset p',则 x∈px \in p,因为 p′p' 是素数。

注 (1) 04QC

从§ 1, no. 3,推论到命题 11,K′K'中AA的积分闭包是x∈K′x \in K'的集合,因此存在m≥0m \geq 0,其中xpm∈Ax^{p^m} \in A (代数, 章 V, § 8, no. 1, 命题1)。

引用了 2

引用了 推论, V § 1, 命题 1, A V § 8

命题 6 04QD

令AA是一个整闭域,KK是分数的域,K′K'是KK的准伽罗瓦扩展,A′A'是AA在K′K'的整闭域。然后:

引用了 4 · 被以下引用 7

引用了 定理 2, 推论, V § 1, 命题 7, V § 1, 引理 4

被以下引用 定义 5, 注 (2), 推论 1, 推论 2, 命题 7, 定理 3, 推论 4, VI § 8

(i) 对于AA的每个素理想pp,KK的群G\mathscr{G},K′K'的自同构可传递地作用于位于pp之上的A′A'素理想的集合。

(ii) For every prime ideal p′p' of A′A', the field of fractions k′k' of A′/p′A'/p' is a quasi-Galois extension of the field of fractions kk of A/(A∩p′)A/(A \cap p') and the canonical homomorphism σ↦σ~\sigma \mapsto \tilde{\sigma} from GZ(p′)\mathscr{G}^Z(p') to the group Γ\Gamma of kk-automorphisms of k′k' defines, by taking the quotient, a bijection of GZ(p′)/GT(p′)\mathscr{G}^Z(p')/\mathscr{G}^T(p') onto Γ\Gamma.

(A) 首先假设K′K'是KK的ajinite伽罗瓦扩张。那么A=A∩KA = A \cap K,因为AA是积分闭的,因此AA是G\mathscr{G}在A′A'中的不变量的环。由于 G\mathscr{G} 是有限的,在这种情况下,命题由 no. 2、定理 2 得出。

(B) 其次假设K′K'是KK中的任意伽罗瓦扩张。 那么K′K'就是KK的有限伽罗瓦扩张的右有向族(Kα)α∈I(K_\alpha)_{\alpha \in I}的并。 为了证明 (i),请考虑位于 pp 之上的 A′A' 的两个素理想 p′,q′p', q'。 对于所有α∈I\alpha \in I,p′∩Kαp' \cap K_\alpha和q′∩Kαq' \cap K_\alpha是A∩KαA \cap K_\alpha的两个素理想,位于pp之上。 由于A′∩KαA' \cap K_\alpha是KαK_\alpha中AA的整体闭包,以及G\mathscr{G}形式群的元素的限制到KαK_\alpha-KK的KK自同构,因此从case可以得出(A) 存在σ∈G\sigma \in \mathscr{G}使得(σ.(p′∩Kα))=q′∩Kα(\sigma.(p' \cap K_\alpha)) = q' \cap K_\alpha。 令Eα\mathscr{E}_\alpha为具有上述性质的σ∈G\sigma \in \mathscr{G}的集合。 设 σ∈G−8\sigma \in \mathscr{G} - 8;那么,对于所有τ∈G\tau \in \mathscr{G},留下KαK_\alpha的不变元素,(QT) (σ.(p′∩Kα))=ϱ.(p′∩Kα)≠q′∩Kα(\sigma.(p' \cap K_\alpha)) = \varrho.(p' \cap K_\alpha) \neq q' \cap K_\alpha,因此στ∈G−b\sigma \tau \in \mathscr{G} - b。 由此可见,Eα\mathscr{E}_\alpha 在拓扑伽罗瓦群 G\mathscr{G}(代数、章 V、附录 11、no. 1)中是封闭的,并且显然族 (Eα)α∈I(\mathscr{E}_\alpha)_{\alpha \in I} 是左有向的。 由于 G\mathscr{G} 是紧致的(如前所述,no. 2、命题 3)且 Eα\mathscr{E}_\alpha 非空,因此 (8,)(8,) 族的交 E\mathscr{E} 非空,σ.p′=q′\sigma.p' = q' 对于所有 σ∈E\sigma \in \mathscr{E}、从而 (一).

为了证明(ii),注k′k'是右有向族(kα)α∈I(k_\alpha)_{\alpha \in I}的并,其中kαk_\alpha是(A′∩Kα)/(p′∩Kα)(A' \cap K_\alpha)/(p' \cap K_\alpha)的分数的域。由于每个 kαk_\alpha 都是 kk 通过 (A) 的准伽罗瓦扩展,因此 k′k' (代数, 章 V, § 6, no. 3, 命题 8)。另一方面,令uu为k′k'的kk自同构,并令π′:A′→A′/p′\pi': A' \to A'/p'为典范同态。由于no. 2、定理 2 应用于A′∩KαA' \cap K_\alpha,对于所有α\alpha,存在元素σ∈G\sigma \in \mathscr{G}的非空集合FαF_\alpha,使得对于所有x∈A′∩Kαx \in A' \cap K_\alpha,σ.(p′∩Kα)=p′∩Kα\sigma.(p' \cap K_\alpha) = p' \cap K_\alpha和u(π′(x))=π′(σ.x)u(\pi'(x)) = \pi'(\sigma.x)。从上面可以看出,Fα\mathscr{F}_\alpha在G\mathscr{G}是闭的,并且由于(Fα)(\mathscr{F}_\alpha)是左有向集合,所以它的交F\mathscr{F}非空。显然,对于 α∈F\alpha \in \mathscr{F}、α∈GZ(p′)\alpha \in \mathscr{G}^\mathbf{Z}(p') 和 σ~=u\tilde{\sigma} = u,在本例中完成了 (ii) 的证明。

(C) 一般护理。 G\mathscr{G}的不变量K1K_1的域是KK的根式扩张 (代数, 章 V, § 10, no. 9, 命题 14);因此,存在一个位于pp(引理 4)之上的A1=A′∩K1A_1 = A' \cap K_1的单一素理想p1p_1。如果p′p'和q′q'是A′A'位于pp之上的两个素理想,那么它们位于p1p_1之上;由于K′K'是KK的伽罗瓦扩张,并且A′∩KA' \cap K是积分闭的(§ 1, no. 2、命题7和命题8的推论),从(B)可以得出,存在σ∈G\sigma \in \mathscr{G}使得(1.p′=q′(1.p' = q'; 从而(一)。另一方面,显然分数kk、A1/p1A_1/p_1的域是kk的根扩张(A是整闭的);因为k′k'是kk的拟伽罗瓦扩展,由(B)可知,k′k'是kk的拟伽罗瓦扩展,k′k'的k′k'到代数闭扩张的每个kk同构是k1k_1-同构。最后的注还表明,考虑到(B),k′k'的每个kk自同构都是形式σ~\tilde{\sigma},其中α∈GZ(p′)\alpha \in \mathscr{G}^\mathbf{Z}(p'),它完成了(ii)的证明。

注

(2) Suppose that KK is a Galois extension of KK and let us keep the notation of the proof of Proposition 6; for all aa let GaZ\mathscr{G}_a^\mathbf{Z} (resp. GaT\mathscr{G}_a^\mathbf{T}) be the subgroup of G\mathscr{G} consisting of the σ\sigma whose restriction to A′∩KA' \cap K, belongs to GZ(p′∩Kα)\mathscr{G}^\mathbf{Z}(p' \cap K_\alpha) (resp. GT(p′∩Kα)\mathscr{G}^\mathbf{T}(p' \cap K_\alpha)). 命题 6 的证明表明这些子群在 G\mathscr{G} 中*封闭*,并且

GZ(p′)=⋂aGaZandGT(p′)=⋂aGaT. \mathscr{G}^\mathbf{Z}(p') = \bigcap_a \mathscr{G}_a^\mathbf{Z} \quad \text{and} \quad \mathscr{G}^\mathbf{T}(p') = \bigcap_a \mathscr{G}_a^\mathbf{T}.
此外,限制到A′∩KA' \cap K的集合,G\mathscr{G}(或GaT\mathscr{G}_a^\mathbf{T})的元素是群GZ(p′∩Kα)\mathscr{G}^\mathbf{Z}(p' \cap K_\alpha)(或GT(p′∩Kα)\mathscr{G}^\mathbf{T}(p' \cap K_\alpha))的整体,每个KK自同构KK,延伸至G\mathscr{G}的元素。

With the same hypotheses, the ring AZ(p′)A^\mathbf{Z}(p') (resp. AT(p′)A^\mathbf{T}(p')) is the union of the directed family of the AZ(p′∩Kα)A^\mathbf{Z}(p' \cap K_\alpha) (resp. AT(p′∩Kα)A^\mathbf{T}(p' \cap K_\alpha)); in fact, every x∈AZ(p′)x \in A^\mathbf{Z}(p') (resp. every x∈AT(p′)x \in A^\mathbf{T}(p')) belongs to one of the KK, and by the above there exists a β\beta such that Kα⊂KβK_\alpha \subset K_\beta and the restrictions to A′∩KA' \cap K, of the elements of GZ(p′)\mathscr{G}^\mathbf{Z}(p') (resp. GT(p′)\mathscr{G}^\mathbf{T}(p')) are the same as the restrictions to A′∩KA' \cap K, of the elements of GZ(p′∩Kβ)\mathscr{G}^\mathbf{Z}(p' \cap K_\beta) (resp. GT(p′∩Kβ)\mathscr{G}^\mathbf{T}(p' \cap K_\beta)), the groups GZ(p′∩Kα)\mathscr{G}^\mathbf{Z}(p' \cap K_\alpha) and GT(p′∩Kβ)\mathscr{G}^\mathbf{T}(p' \cap K_\beta) being finite; hence xx belongs to AZ(p′∩Kβ)A^\mathbf{Z}(p' \cap K_\beta) (resp. AT(p′∩Kβ)A^\mathbf{T}(p' \cap K_\beta)).

推论 1 04QE

在命题6的假设下,令f为从A到域L的同态,而g_1、g_2为从A'到L的两个同态,其中扩展f。那么存在一个 K-自同构 σ∈K′\sigma \in K' 使得 g1=g2∘σg_1 = g_2 \circ \sigma.

引用了 2 · 被以下引用 1

引用了 命题 6, 推论

被以下引用 命题 7, VI § 8

从命题 6 开始的证明与从后者开始到定理 2 的推论相同。

推论 2 04QF

设 A 为积分闭域,K 为分数的域,K' 为 K 的有限代数扩张,A' 为 K' 包含 A 的子环以及 A 上的积分。

引用了 2 · 被以下引用 1

引用了 命题 6, 定理 1

被以下引用 推论 3

(i) 对于位于p\mathfrak{p}之上的A′A'素理想的AA集合的每个素理想p\mathfrak{p}都是有限的。 (ii) 如果p′\mathfrak{p}'是位于p\mathfrak{p}之上的A′A'的素理想,A′/p′A'/\mathfrak{p}'的每个元素都是次数≤[K′:K]\leq [\mathbf{K}':\mathbf{K}]超过A/pA/\mathfrak{p}的分数的域。

(i) 设K′′K''为K′K'的代数闭包中K′K'生成的KK的拟伽罗瓦扩展,A′′A''为K′′K''中AA的积分闭包。 域K′′K''是KK的有限扩张(代数,章V, § 6, no. 3,推论1到命题9),因此其KK自同构的群是有限的;由此可见,位于p\mathfrak{p}之上的A′′A''素理想的集合是有限的(命题 6 (i))。 另一方面,由于A′′A''是AA的积分,因此位于p\mathfrak{p}上方的A′′A''素理想的集合的映射p′′↦p′′∩A′\mathfrak{p}'' \mapsto \mathfrak{p}'' \cap A'位于xx上方的A′A'素理想到集合是满射(no. 1,定理1)。

(ii) 任意元素 x′∈A′x' \in A' 属于到 AA 的最小多项式(超过 KK)的系数(§1§ 1、no. 3,命题 10 的推论);将应用典范同态π′:A′→A′/p′\pi': A' \to A'/\mathfrak{p}'代入该多项式的系数,对于类模,可得到A/pA/\mathfrak{p}和次数≤[K′:K]\leq [\mathbf{K}':\mathbf{K}]系数的积分相关方程。 p′\mathfrak{p}' / xx; 从而结论。

推论 3 04QG

根据推论2的假设和记号,如果AA是半局部的,A′A'也是半局部的。

引用了 2

引用了 推论 2, 命题 1

对于A′A'的每个最大理想m′m',m′∩Am' \cap A是AA的最大理想(no. 1,命题1);然后从推论 2 得出推论,因为 AA 的最大理想的假设集合是有限的。

推论 4 04QH

Let AA be an integrally closed domain, KK its field of fractions, KK a Galois extension of KK, A′A' the integral closure of AA in K′K', p′\mathfrak{p}' a prime ideal of AA, p=A∩p′\mathfrak{p} = A \cap \mathfrak{p}' and kk and k′k' the fields of fractions of A/pA/\mathfrak{p} and A′/p′A'/\mathfrak{p}' respectively. 然后:

引用了 3 · 被以下引用 1

引用了 注 (2), 命题 4, 命题 5

被以下引用 定义 5

(i) AZ/(p′∩AZ)A^{\mathbf{Z}}/(\mathfrak{p}' \cap A^{\mathbf{Z}})的分数的域等于kk,AZA^{\mathbf{Z}}的局部环相对于p′∩AZ\mathfrak{p}' \cap A^{\mathbf{Z}}的最大理想由p\mathfrak{p}生成。

(ii) AT/(p′∩AT)A^T/(\mathfrak{p}' \cap A^T)的分数kTk^T中的域是k′k'中包含的kk中的最大的可分扩张。

环AA是K′K'伽罗瓦群A′A'超过KK的不变量环;如果 K′K' 的有限次数大于 KK,则从命题 4 和 5 of no. 2 得出推论。现在考虑一般情况,K′K'因此是KK的有限伽罗瓦扩张的右有向集合(Ki)(K_i)的并。然后:

(i) 如果x,yx, y是AZA^{\mathbf{Z}}的两个元素,其中y∉p′y \notin \mathfrak{p}',则存在指标α\alpha使得xx和yy属于到AZ(p′∩Kα)A^{\mathbf{Z}}(\mathfrak{p}' \cap K_{\alpha})(注) 2);通过no. 2的命题 4,AA中有x0,y0x_0, y_0和y0∉p′y_0 \notin \mathfrak{p}',使得xy0−x0y∈p′xy_0 - x_0y \in \mathfrak{p}',这证明了(i)的第一个断言;如果进一步x∈p′x \in \mathfrak{p}',我们可以假设y0y_0满足

xy0∈pAZ(p′∩Kα)⊂pAZ(p′), xy_0 \in \mathfrak{p}A^{\mathbf{Z}}(\mathfrak{p}' \cap K_{\alpha}) \subset \mathfrak{p}A^{\mathbf{Z}}(\mathfrak{p}'),
这就证明了(i)的第二个断言。

(ii) 现在假设x∈ATx \in A^T;存在α\alpha使得no. 2的x∈AT(p′∩Kα)x \in A^T(p' \cap K_\alpha)(注2)和命题5表明xmod  .(p′∩Kα∩AT)x \mod.(p' \cap K_\alpha \cap A^T)的类xˉ\bar{x}是代数且在kk上可分; 更不必说 类 mod  .(p′∩AT)\mod.(p' \cap A^T) 或 xx 在 kk 上可分;要完成推论的证明,只需证明k′k'是kTk^T的*根式*扩张即可。现在,k′k'是环(A′∩Kα)/(p′∩Kα)(A' \cap K_\alpha)/(p' \cap K_\alpha)分数kαk_\alpha域的右有向族的并。因此,从命题 5 可以得出,如果 k′k' 属于的元素到 kk,则它是分数的域的根

AT(p′∩Kα)/(p′∩AT(p′∩Kα)) A^T(p' \cap K_\alpha)/(p' \cap A^T(p' \cap K_\alpha))

和*更不必说*超过kTk^T(凭借注2)。

定义 5 04QI

根据命题 6 的假设和记号,域 K′K' 中群 GZ(p′)G^Z(p')(GT(p′)G^T(p'))的不变量KZ(p′)K^Z(p')(KT(p′)K^T(p'))域被称为 p′p' 相对于 KK* 的分解域*(或 惯性域)*。

我们还写 KZK^Z(或 KTK^T)来代替 KZ(p′)K^Z(p')(或 KT(p′)K^T(p'))。从 § 1, no. 9、命题 23 可以得出,KZK^Z(分别为 KTK^T)是环 AZA^Z(分别为 ATA^T)的分数* 的域 *; AZA^Z(或ATA^T)是AA在KZK^Z(或KTK^T)中的积分闭包。

注

引用了 5

引用了 命题 6, 命题 23, V § 1, 推论 4, 引理 4, 定理 2

(3) 根据命题 6 的推论 4 的条件,并假设[K′:K][K':K]是*有限*,位于pp之上的不同素理想的数是[KZ:K][K^Z:K],这个次数等于指标 ('3:*G*Z*) 通过伽罗瓦理论;此外,根据伽罗瓦理论可以得出:

(6)(6)
[KT:KZ]=(GZ:GT)=[kT:k]. [K^T:K^Z] = (G^Z:G^T) = [k^T:k].

(4) 令AA为积分闭域,KK为分数的域,K′K'为KK的有限代数扩张,A′A'为AA在K′K'的积分闭集。 然后,对于AA的每个素理想pp,*数*&\&*素理想*&\&*的*A′A'*位于上面*pp*最多*[K′:K]s[K':K]_s(次数的可分离因子 KK超过KK)。 我们可以首先将注意力限制在KK是KK的可分扩张的情况,因为一般来说,KK是K′K'中包含的KK的扩张、最大的可分扩张K0K_0, [K′:K]s=[K0:K][K':K]_s = [K_0:K]乘定义,如果AA是AA在K0K_0的积分闭包,AA和A′A'的素理想是一一对应的对应(引理4)。 因此,假设KK在KK上可分,并令NN为KK的代数闭包中KK生成的KK的伽罗瓦扩张,GG其伽罗瓦群,BB的积分闭包NN和P\mathfrak{P}中的AA是BB的素理想,位于pp之上。 令H\mathscr{H}为NN的伽罗瓦群超过KK且GZG^Z为P\mathfrak{P}的分解群; pp之上的BB的主要理想是s.Ps.\mathfrak{P},其中s∈Gs \in G(no. 2,定理2)和关系s.P=s′.Ps.\mathfrak{P} = s'.\mathfrak{P}意味着s′=sgs' = sg,其中g∈GZg \in G^Z。 另一方面,在阶和s.P∩K′=s′.P∩K′s.\mathfrak{P} \cap K' = s'.\mathfrak{P} \cap K'中,s′.P=ts.Ps'.\mathfrak{P} = ts.\mathfrak{P}是充分必要的,其中t∈Ht \in \mathscr{H}(no. 2,定理2),从而最后是s′=tsgs' = tsg,其中t∈Ht \in \mathscr{H}和g∈GZg \in G^Z。 因此,位于pp之上的A′A'素理想的数等于等价关系*下GG的类的*数*“存在t∈Ht \in \mathscr{H}和g∈GZg \in G^{\mathbf{Z}}使得s′=tsgs' = tsg”在ss和s′s';显然,根据伽罗瓦理论,数最多等于指标(G:H)(G : \mathscr{H})、H\mathscr{H}在GG中的右陪集数,以及(G:H)=[K′:K](G : \mathscr{H}) = [K' : K]。

命题 7 04QJ

设AA为全闭域,KK为分数的域,KK的K′K'伽罗瓦扩张,G\mathscr{G}为伽罗瓦群,A′A'AA的全闭域K′K'、p′p'是A′A'和p=A∩p′p = A \cap p'的素理想。最后,令LL为K′K'包含于KK中的子域,并令p(L)=p′∩Lp(L) = p' \cap L。

引用了 3

引用了 注 (2), 命题 4, 命题 6

(i) 分解域(分别为*惯性域*)*p′p'相对于LL为L(KZ)L(K^{\mathbf{Z}})(分别为L(KT)L(K^T)); *如果进一步LL是KK的伽罗瓦扩张,则p(L)p(L)相对于KK的分解域是L∩KZL \cap K^{\mathbf{Z}}。

(ii) *如果LL包含在KZK^{\mathbf{Z}}中,A/pA/p和(A′∩L)/p(L)(A' \cap L)/p(L)具有与分数相同的域,并且在局部环A′∩LA' \cap L相应的中到素理想p(L)p(L),则生成极大理想pp。反之,如果这两个条件成立,再加上⋂n>0pnAp′=0\bigcap_{n > 0} p^n A'_p = 0,则LL包含在KZK^{\mathbf{Z}}中。

(i) 如果H\mathscr{H}是G\mathscr{G}的子群,而LL的元素保持不变,则p′p'相对于LL的分解群(分别为惯性群)为GZ∩HG^{\mathbf{Z}} \cap \mathscr{H}(分别GT∩HG^T \cap \mathscr{H})和第一个断言根据伽罗瓦理论得出,如果K′K'是KK的*有限*伽罗瓦扩张(*代数*,章V, § 10, no. 6,推论1到定理3);在一般情况下,它是根据以下事实得出的:*注 2* 的记号中AZA^{\mathbf{Z}}(或ATA^T)是AZ(p′∩Kα)A^{\mathbf{Z}}(p' \cap K_\alpha)(或AT(p′∩Kβ)A^T(p' \cap K_\beta))的并:每个元素x∈K′x \in K' 属于到某些KK,如果它在GZ(p′)∩HG^{\mathbf{Z}}(p') \cap \mathscr{H}(或GT(p′)∩HG^T(p') \cap \mathscr{H})下不变,那么对于某些合适的β′\beta',它在GZ(p′∩Kβ′)∩HG^{\mathbf{Z}}(p' \cap K_{\beta'}) \cap \mathscr{H}(或GT(p′∩Kβ′)∩HG^T(p' \cap K_{\beta'}) \cap \mathscr{H})下也不变;因此,在论证开始时它是属于

L(KZ(p′∩Kα))⊂L(KZ)(resp. L(KT(p′∩Kβ))⊂L(KT)). L(K^{\mathbf{Z}}(p' \cap K_{\alpha})) \subset L(K^{\mathbf{Z}}) \quad (\text{resp. } L(K^T(p' \cap K_{\beta})) \subset L(K^T)).

现在假设LL是KK的伽罗瓦扩张;每个σ∈GZ\sigma \in G^{\mathbf{Z}}的限制到LL然后留下不变的p(L)=p′∩Lp(L) = p' \cap L,因此相对于KK,p(L)p(L)的属于到分解群。相反,令τ\tau是LL属于的自同构到这个群,并令σ\sigma是τ\tau的扩张到K′K'的KK自同构;我们写q′=σ.p′q' = \sigma.p'。由于p′p'和q′q'都位于p(L)p(L)之上,因此存在自同构ρ∈H\rho \in \mathscr{H}使得q′=ρ.p′q' = \rho.p',从而ρ−1σ∈GZ\rho^{-1}\sigma \in G^{\mathbf{Z}}和τ\tau是ρ−1σ\rho^{-1}\sigma的限制到LL;在其他字中,p(L)p(L)的分解群相对于KK与限制的群到自同构σ∈GZ\sigma \in G^{\mathbf{Z}}的LL相同,这证明了第二个断言。

(ii) 说L⊂KZL \subset K^{\mathbf{Z}}意味着当[K′:K][K':K]有限时,(ii)的H⊃GZ\mathscr{H} \supset G^{\mathbf{Z}}和断言是no. 2、命题 4 (ii)和(iii)的特例。一般情况下,参数如命题 6 中的证明所示。

4. 第二次存在定理

定理 3 04QK

令 AA 为积分闭域,且 A′A' 环包含 AA 且在 AA 上积分。假设00是AA中唯一的元素,即A′A'中00的除子。令p,qp, q为AA的两个素理想,使得q⊃pq \supset p和q′q'为位于qq之上的AA的素理想。那么存在AA的素理想p′p'位于pp之上,因此q′⊃p′q' \supset p'。

引用了 3 · 被以下引用 4

引用了 命题 6, 定理 1, 推论 2, II § 2

被以下引用 推论, 习题 4, § 3, 命题 14, VII § 1, 习题 25, § 3

首先假设A′A'是整环。设K,K′K, K'分别为AA和A′A'的分数域;设K′′K''为KK和AA的代数闭包,AA在K′′K''的积分闭包;然后A⊂A′⊂A′′A \subset A' \subset A''。令 p′′p'' 为位于pp之上的A′′A''的素理想(no. 1,定理 1),q′′q''位于qq之上的A′′A''的素理想,并且使得p′′⊂q′′p'' \subset q''(no. 1,推论) 2 到定理 1),最后是 q1′′q_1'' A′′A'' 的素理想,位于 q′q' (no. 1,定理 1) 之上。通过no. 3,命题 6 (i),存在K′′K''的KK自同构σ\sigma,使得Q.q′′=q1′′Q.q'' = q_1''。那么Q.p′′Q.p''是位于pp上方的A′′A''的素理想,使得Q.p′′=q1′′Q.p'' = q_1'',因此p′=A′∩σ.p′′p' = A' \cap \sigma.p''是位于pp上方并包含在A′∩q1′′=q′A' \cap q_1'' = q'中的A′A'的素理想。

我们转向一般情况。由于AA是整环且q′q'是素数,所以子集A−{0}A - \{0\}和A′−q′A' - q'是A′A'的乘法;那么它们的乘积S=(A−{0})(A′−q′)S = (A - \{0\})(A' - q')是A′A'的乘法子集,它不是包含0,因为AA的非零元素不是A′A'中0的除子。那么存在(章II, §2, no. 5,推论2至命题11)从SS出发的A′A'不相交的的素理想m′m',在其他字中,使得m′⊂q′m' \subset q'和m′∩A=0m' \cap A = 0。设hh为典范同态A′→A′/m′A' \to A'/m'。 hh到AA的限制是单射的,因此h(A)h(A)是积分闭的。由于m′⊂q′m' \subset q',h(q′)h(q')是位于h(q)h(q)之上的A′/m′A'/m'的素理想;由于A′/m′A'/m'是整环,证明的第一个部分证明存在A′/m′A'/m'的素理想n′n',使得n′∩h(A)=h(p)n' \cap h(A) = h(p)和h(q′)⊃n′h(q') \supset n'。理想 p′=h−1(n′)p' = h^{-1}(n') 是 A′A' 和 q′⊃p′q' \supset p' 的素理想,因为 hh 的 q′q' 包含核。如n′⊃h(p)n' \supset h(p)、p′⊃pp' \supset p。最后,对于x∈p′∩Ax \in p' \cap A,h(x)∈n′∩h(A)=h(p)h(x) \in n' \cap h(A) = h(p),因此x∈px \in p,因为hh到AA的限制是单射的;因此p′∩A=pp' \cap A = p。

推论 04QL

在定理 3 的AA和A′A'的假设下,令pp为AA的素理想。 pp之上的A′A'素理想是A′A'包含pA′pA'素理想中集合E\mathscr{E}的最小值元素。

引用了 4

引用了 定理 3, 命题 1, 定理 1, 推论 2

位于pp之上的A′A'的素理想在E\mathscr{E}中是最小的,因为no. 1,推论1到命题1。相反,让q′q'是E\mathscr{E}的最小元素。如q′∩A⊃pq' \cap A \supset p、定理 3 所示,存在A′A' 的素理想p′p' 位于pp 之上,使得q′⊃p′q' \supset p'。由于 p′p' 包含于 pA′pA',在 q′q' 上生成的假设意味着q′=p′q' = p',因此 q′q' 位于 pp 之上。

\* 令V,V′V, V'为两个仿射代数簇,且V′V'至VV的ff态射,使得f(V′)f(V')在VV中稠密。令AA(或A′A')为VV(或V′V')上常规函数的环;被赋予ff后,我们可以确定AA,子环为A′A';假设A′A'是AA的积分。 no. 1的定理 1表明,对于V的每个不可约子簇W,都存在V'的不可约子簇W',使得f(W')是W的稠密子集;特别是,V的每个点都是V'的不可约子簇的像,这表明f是满射的。类似地,f 的限制到V' 映射 W' 的每个不可约子品种 W' 到 V 的不可约子品种。推论 2 到定理 1、no. 1 表明,如果 W 和 X 是 V 的两个不可约子变体,使得 W ⊃ X 并且如果 W' 是 V' 的不可约子变体,使得 f(W') = W,则存在W' 中包含 V' 的不可约子变体 X',且 f(X') = X。

如果 A 是整闭的,则 V 称为正规的。 定理 3 表明,如果 V 是正规的,如果 W 和 X 是 V 的不可约子簇,使得 W ⊃ X 并且如果 X' 是 V' 的不可约子簇,使得f(X') = X,则存在 V' 包含于 X' 的子品种 W',且 f(W') = W。最后,定理 3 的推论表明,如果 V 是正规子品种且 W 是不可约子品种V 的V' 的不可约子变体 W' 使得 f(W') = W 只是 f‾(W)\overline{f}(W) 的不可约分量。

习题

参见习题为 § 2。

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