Bourbaki

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1. 估值环

1. 局部环之间的统治关系

定义 1 04RZ

令AA和BB为两个局部环。如果AA是BB和m(A)=A∩m(B)m(A) = A \cap m(B)的子环,则称BB支配AA。

命题 1 04S0

令AA和BB为局部环,使得AA为BB的子环。以下条件是等效的: (a) m(A)⊂m(B)m(A) \subset m(B); (b) BB 支配 AA; (c) BB 中m(A)m(A) 生成的理想Bm(A)Bm(A) 不等于包含 1。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 命题 9, VI § 3

被以下引用 引理 1

如果m(A)⊂m(B)m(A) \subset m(B),m(B)∩Am(B) \cap A是AA的理想,它不等于包含1,并且包含是最大理想m(A)m(A);因此它等于它并且 (a) 蕴涵 (b)。如果BB支配AA,则理想的Bm(A)Bm(A)包含在m(B)m(B)中,因此包含不为1;因此(b)意味着(c)。如果(c)成立,则Bm(A)Bm(A)包含在BB、从而(a)的唯一最大理想m(B)m(B)中。

注,如果KK是环,则关系“B支配A”是序关系在KK的本地子环的集合上。

令AA和BB为两个局部环,使得BB支配AA。 典范嵌入A→BA \to B定义,将域κ(A)\kappa(A)的商同构代入κ(B)\kappa(B)的子域;这个同构允许我们认同κ(A)\kappa(A)和子域为κ(B)\kappa(B)。

例 (1) 令AA为诺特局部环且A^\hat{A}其补全; 局部环 A^\hat{A} 然后支配AA(章 111、§ 3, no. 5、命题 9)。 (2) 设BB为整环,BB的AA子环,p′p'为BB和p=A∩p′p = A \cap p'的素理想。然后pAp⊂p′Bp′pA_p \subset p'B_{p'},这样Bp′B_{p'}支配ApA_p。

2. 估值环

定理 1 04S1

令 K 为 K 的域和 V 子环。以下条件是等效的*: (a) V是K的局部子环的集合的极大元素,这个集合在A和B之间由关系“B支配A”排序。 (b) 从V到L存在代数闭域L和同态h,从K的子环到L,同态的集合最大,排序为关系“g 扩张关闭”在 f 和 g 之间。 (c) 如果x∈K−Vx \in K - V,则x−1∈Vx^{-1} \in V。 (d) V的分数的域是K,并且V的主理想集合完全由包含的关系排序。 (e) *V分数域为K,V的理想集合完全由包含的关系排序。

引用了 2 · 被以下引用 7

引用了 命题 1, II § 2, 推论 4, V § 2

被以下引用 § 1. 估值环, 定义 2, 定理 2, 推论 3, 引理 1, VI § 3, 命题 3, VI § 3, 推论, VI § 4

我们将通过证明来展示定理以下含义

(a)⇒(b)⇒(c)⇒(d)⇒(e)⇒(a).(a) \Rightarrow (b) \Rightarrow (c) \Rightarrow (d) \Rightarrow (e) \Rightarrow (a).

假设(a)成立。那么VV就是局部环。令LL为从VV到LL的剩余类域κ(V)\kappa(V)和hh典范同态中的代数闭包。令V′V'为KK包含VV和h′h'同态的子环,从V′V'延伸到LL延伸hh。如果p′p'是h′h'的核,则p′∩V=m(V)p' \cap V = m(V);因此(no. 1,例2)Vp′′V'_{p'}支配VV,这意味着Vp′′=VV'_{p'} = V和V′=VV' = V。因此(b)成立。

假设(b)成立。令LL为代数闭域且从VV到LL为hh同态;假设从KK的子环到LL,hh在同态的集合中最大;设pp为hh中的核。 h(V−p)h(V - p)的元素在LL可逆,hh可以从VpV_p到LL扩展到同态(章II, § 2, no. 1,命题1);因此V=VpV = V_p,这表明VV是局部环,并且pp是它的最大理想。令xx为KK的非零元素;我们必须证明元素x,x−1x, x^{-1}属于到VV中至少有一个,也就是说,凭借hh的最大特征标,hh可以扩展到V[x]V[x]或V[x−1]V[x^{-1}]。如果 xx 对 VV 是整数,则从章 V, § 2, no. 1,推论 4 到定理 1。如果xx 不是对 VV 的整数,我们将使用以下引理:

引理 1 04S2

设AA为环BB的子环且xx元素为BB不整AA;则分数BB的环,(章II, § 5, no. 1)*不归约到O*且存在于BB的子环A[1/x]A[1/x],最大理想包含1/x1/x;此外,如果M\mathfrak{M}是这些最大理想中的任何一个,则AA中M\mathfrak{M}的逆像*是*一个最大理想。

引用了 3 · 被以下引用 1

引用了 II § 5. 有限生成射影模。可逆分数理想, 定理 2, A I § 8, 命题 1

被以下引用 定理 3

由于 xx 不是 AA 的积分,因此它不是幂零的,因此B,≠0B, \neq 0;而且x/1∉A[1/x]x/1 \notin A[1/x],否则就有形式的关系

x/1=a0/1+a1/x+⋯+an/xn x/1 = a_0/1 + a_1/x + \cdots + a_n/x^n

对于某些n≥0n \geq 0(其中ai∈Aa_i \in A代表0≤i≤n0 \leq i \leq n),这相当于

xn+h−a xn+h−1−a1xn+h−2−⋯−anxh−1=0 x^{n+h} - a\ x^{n+h-1} - a_1 x^{n+h-2} - \cdots - a_n x^{h-1} = 0

为了一些方便h≥1h \geq 1;但这样的关系意味着xx是AA的积分,与假设相反。因此,最大理想 A[1/x]A[1/x] 包含 1/x1/x 的存在源于1/x1/x 在 A[1/x]A[1/x] 中不可逆 (代数, 章 I, § 8, no. 7, 定理 2)。

则令M\mathfrak{M}为A[1/x]A[1/x]包含1/x1/x的极大理想;令ϕ:A→A[1/x]\phi : A \to A[1/x]、p:A[1/x]→A[1/x]/Mp : A[1/x] \to A[1/x]/\mathfrak{M}为典范同态;那么

p(A[1/x])=p(ϕ(A))[p(1/x)]=p(ϕ(A)) p(A[1/x]) = p(\phi(A))[p(1/x)] = p(\phi(A))

从 p(1/x)=0p(1/x) = 0 开始;这证明p(ϕ(A))p(\phi(A))是域,因此逆像ϕ−1(M)\phi^{-1}(\mathfrak{M})是AA的极大理想。

我们将这个引理与A=VA = V和B=KB = K一起应用;那么存在V[x−1]V[x^{-1}]包含x−1x^{-1}的最大理想m\mathfrak{m},并且m∩V\mathfrak{m} \cap V是VV的最大理想,那么m∩V=p\mathfrak{m} \cap V = p,因为VV是局部的;用V[x−1]V[x^{-1}]的ff典范同态表示到V[x−1]/mV[x^{-1}]/\mathfrak{m}、f(x−1)=0f(x^{-1}) = 0、从而V/p=f(V)=f(V[x−1])V/p = f(V) = f(V[x^{-1}]);作为hh定义,通过从V/pV/p到LL取商单同态hˉ\bar{h},hˉ\bar{h}*of*是从V[x−1]V[x^{-1}]到LL延伸hh的同态。因此(c)成立。

现在假设 (c) 成立。显然KK是VV的分数的域。令aa和bb为VV的元素,使得Va∉VbVa \notin Vb;我们证明Vb⊂VaVb \subset Va。如果 b=0b = 0 则为真;否则关系a∉Vba \notin Vb通过(c)a−1b∈Va^{-1}b \in V暗示b−1a∉Vb^{-1}a \notin V、从而,因此Vb⊂VaVb \subset Va。因此(d)成立。

假设(d)成立。令aa和bb为VV的理想,使得a∉ba \notin b。存在a∈aa \in a使得a∉ba \notin b。对于所有 b∈bb \in b、a∉Vba \notin Vb、从而 Va∉VbVa \notin Vb,因此Vb⊂Va⊂aVb \subset Va \subset a(通过 (c))和 b∈ab \in a。然后b⊂ab \subset a,这表明条件(e)*是*满足的。

最后假设(e)成立。由于VV有一个最大理想,它只有一个,因此是局部环。令V′V'为KK支配VV的局部子环,并令xx为V′V'的非零元素,我们将x=ab−1x = ab^{-1}写为a∈V,b∈Va \in V, b \in V。其中一个理想Va,VbVa, Vb包含在另一个理想中。 如果 Va \子集 Vb,则x∈Vx \in V。 若 Vb \子集 Va,则x−1∈Vx^{-1} \in V;因为理想的V′m(V)V' m(V)不会再次x∈Vx \in V包含1(no. 1,命题1),x−1∉m(V)x^{-1} \notin m(V),从而,因为VV是本地的。 V′V'的每元素因此属于至VV;我们结论 (a) 成立。

定义 2 04S3

在定理 1 的记号中,如果等值条件 (a)、(b)、(c)、(d)、(e) 成立,则VV 称为对域 KK 的估值环。如果整环是环,则称为环估价,并且域是分数的估价环。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 定理 1

被以下引用 命题 3, VI § 3

定理 2 04S4

令KK为域且从KK的子环AA到代数闭域LL为hh同态。那么对于KK和同态h′h',存在从VV到LL的估值环VV,使得VV包含于AA,h′h' 扩展hh和h′−1(O)=m(V){h'}^{-1}(O) = m(V)。

引用了 3 · 被以下引用 2

引用了 命题 1, II § 2, 定理 1, 命题 7, E II § 4

被以下引用 推论, 命题 3, VI § 2

设S\mathfrak{S}为KK子环同态集合到LL,按扩张关系排序。这个集合是感性的;因为如果(hα)α∈I(h_\alpha)_{\alpha \in I}是S\mathfrak{S}和BB的元素的非空全序族,则定义hαh_\alpha的环,BαB_\alpha形式是KK的子环的全序族及其因此,并BB是KK的子环;因此,从BB到LL存在唯一映射hˉ\bar{h},其中扩展hαh_\alpha(*集合理论*,章II, § 4, no. 6,命题7),并且立即可见从BB到LL,hˉ\bar{h}是同态。 Zorn 的引理然后表明存在 S\mathfrak{S} 中的极大元素 h′h',其中扩展 hh。 h′h'的定义环VV是KK的环估值(定理1);如果pp是h′h'的核,h′h'可以从VpV_p延伸到同态到LL(章II, § 2, no. 1,命题1),从而 Vp=VV_p = V 和 p=m(V)p = m(V)。

推论 04S5

域KK的每一个局部子环AA至少由KK的一个估价环主导。

引用了 1 · 被以下引用 3

引用了 定理 2

被以下引用 定理 3, 命题 6, VI § 4, 定理 1, VII § 2

从AA到代数闭包LLA/m(A)A/m(A),应用定理2到典范同态hh。

3. 刻画积分元素

定理 3 04S6

设AA为域KK中的子环。 The integral closure A′A' of AA in KK is the intersection of the valuation rings of KK which contain AA; if AA is local, A′A' is the intersection of the valuation rings of KK which dominate AA.

引用了 3 · 被以下引用 5

引用了 定理 1, V § 2, 引理 1, 推论

被以下引用 习题 9, § 1, 命题 5, VI § 2, 命题 6, VI § 2, 命题 5, VI § 3, 命题 12, VII § 1

设xx为A′A'的元素,VV为KK包含AA的估值环;由于xx是VV的积分,因此存在V[x]V[x]的素理想p′p',使得p′∩V=m(V)p' \cap V = m(V) (章 V, § 2, no. 1, 定理 1);显然,局部环(V[x])p′(V[x])_{p'}支配VV,因此等于它; 从而x∈Vx \in V。反之,令yy为KK的元素,它不是AA的整数;则存在 A[y−1]A[y^{-1}] 的最大理想 2.2,其中包含 y−1y^{-1} (no. 2, 引理 1);还存在KK的估值环VV,它主导(A[y−1])m(A[y^{-1}])_m(no. 2,定理2的推论);如y−1∈m(V)y^{-1} \in m(V)、y∉Vy \notin V。进一步2.2∩A2.2 \cap A是AA的最大理想(no. 2,引理1);因此,如果AA是局部的,2.2∩A=m(A)2.2 \cap A = m(A)和VV支配AA。

推论 1 04S7

每个估值环均已整体关闭。

推论 2 04S8

为了使整环整体闭合,它是分数的域的评估族环的交是必要且充分的。

引用了 1

引用了 推论, VII § 1

在诺特环的情况下,推论2可以变得更精确(章VII, § 1, no. 3,推论到定理1)。

推论 3 04S9

令 K 为域,K 的 K' 扩张,A 为 K 的估值环。K' 中 A 的积分闭包是 K 的估值环 V' 的交,使得 V' ∩K=A\cap K = A。

引用了 1 · 被以下引用 3

引用了 定理 1

被以下引用 注, VI § 8, 命题 7, VI § 8, 命题 12, VII § 1

定理 1 (c)表明,如果V'是K'的估值环,则V'∩K\cap K是K的估值环,并且V'主导V'∩K\cap K。对于V'支配A,V'∩K\cap K支配A并因此等于它是充分必要的。

4. 例估值环

(1) 每域是一个估价环。

(2) 如果V'是域 K'的估价环且K是K'的子域,则V'∩K\cap K通过no. 2、定理 1 (c)得出估价环 K 的。

(3) 以下命题提供了众多例的估价环:

命题 2 04SA

设A为局部环,其最大理想是主理想Ap。如果⋂n=1∞Apn=(0)\bigcap_{n=1}^{\infty} Ap^n = (0)(对于例,如果A是诺特,cf.章III, § 3, no. 2,推论命题5),A的唯一理想是(0)和Ap^n;那么要么 p 是幂零的,要么 A 是估值环。

引用了 3 · 被以下引用 3

引用了 推论(克鲁尔), III § 3, III § 2. 。过滤后的环和模的一般结果, VII § 3. 阶乘域

被以下引用 命题 3, 命题 2, VI § 2, 命题 9, VI § 3

令 A 通过 Ap^n 进行过滤,并令 v 表示相应的阶函数 (章 III, § 2, no. 2)。作为

⋂n=1wApn=(0), \bigcap_{n=1}^{w} Ap^n = (0),

关系v(x)=+∞v(x) = +\infty意味着x=0x = 0。设a是A的理想≠(0)\neq (0)和a的元素,此时v取最小值;让我们写 v(a)=sv(a) = s (s≠+∞s \neq +\infty)。然后a⊂Apsa \subset Ap^s。特别地,存在u∈Au \in A使得a=upsa = up^s;如a∉Aps+1a \notin Ap^{s+1}、u∉Apu \notin Ap;因此 u 是可逆的且 ps∈Ap^s \in A a⊂aa \subset a。接下来是a=Apsa = Ap^s,从而我们的第一个断言。还可以看出,A 的每个元素 a≠0a \neq 0 都可以写成形式 a=upv(a)a = up^{v(a)},其中 u 是可逆的。如果a′=u′pv(a′)a' = u'p^{v(a')}(u′u'可逆)是A的另一个非零元素,则aa′=uu′pv(a)+v(a′)aa' = uu'p^{v(a)+v(a')};因此,如果 p 不是幂零的,则 aa′≠0aa' \neq 0 并且 A 为整环。那么,由于 A 的理想集合是完全通过包含排序的,所以我们结论 A 是一个估值环 (定理 I (e))。

对于例,如果pp是质数数,则局部环Z(p)\mathbf{Z}_{(p)}是估价环。设B=K[X1,…,Xn]B = K[X_1, \ldots, X_n]为多项式环,且nn在域KK上不定;理想的 BX1BX_1 是素数,因为 B/BX1B/BX_1 同构于 K[X2,…,Xn]K[X_2, \ldots, X_n];因此BBX1B_{BX_1}是估值环;它由有理数函数PQ−1PQ^{-1}组成,其中PP和QQ是多项式,Q(0,X2,…,Xn)≠0Q(0, X_2, \ldots, X_n) \neq 0。

更一般地,我们将看到,如果 FF 是元素的极值

B=K[X1,…,Xn], B = K[X_1, \ldots, X_n],

BBFB_{BF} 是估价环 (cf. 章 VII, § 3, no. 5)。 \*

正式幂级数K[[T]]K[[T]]的环在域KK上的一个不确定中是诺特局部整环,其最大理想是主要的;因此,其估值为环。另一方面,两个不定式中形式幂级数的环K[[T1,T2]]K[[T_1, T_2]],即诺特局部整环不是估价环,因为元素T1,T2T_1, T_2都不是倍数其他。

命题 3 04SB

设AA为主理想整环,KK为分数的域。 KK 包含 AA 的估值环与 KK 不同,是形式 AApA_{Ap} 的环,其中pp 是AA 的极值元素。

引用了 1 · 被以下引用 3

引用了 命题 2

被以下引用 推论 2, 例 (4), VI § 3, 例, VI § 4

显然,AApA_{Ap}(pp极值)是环包含AA的估值,与KK(命题2)不同。相反,令VV为不同于KK和包含AA的估值环。如V≠KV \neq K、m(V)m(V)包含元素x≠0x \neq 0;将x=a/bx = a/b写入a∈Aa \in A和b∈Ab \in A,可以看出A∩m(V)A \cap m(V)包含非零元素aa。由于 A∩m(V)A \cap m(V) 是素数,因此它是形式 ApAp,其中 pp 是 AA 中的极值。然后AAp⊂V,pAAp⊂m(V)A_{Ap} \subset V, pA_{Ap} \subset m(V),这样VV支配AApA_{Ap};因为 AApA_{Ap} 是环的估值 KK (命题 2), V=AApV = A_{Ap}。

推论 1 04SC

域Q\mathbf{Q}且不同于Q\mathbf{Q}的每个估值环都是形式Z(p)\mathbf{Z}_{(p)},其中pp是质数数。

被以下引用 1

被以下引用 例 (4), VI § 3

每子环Q\mathbf{Q}包含Z\mathbf{Z}。

推论 2 04SD

令KK为域,有理函数的K(X)K(X)域在KK和VV的一个不确定中,K(X)K(X)包含KK的估值环并且不同于K(X)K(X)。若X∈VX \in V,则存在不可约多项式P∈K[X]P \in K[X]使得V=(K[X])(P)V = (K[X])_{(P)};否则VV是素理想X−1K[X−1]X^{-1}K[X^{-1}]处K[X−1]K[X^{-1}]的局部环(在其他字VV由分数A/BA/B组成,其中A∈K[X]A \in K[X]和B∈K[X]B \in K[X],使得deg⁡(A)≤deg⁡(B)\deg(A) \leq \deg(B))。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 命题 3

被以下引用 例 (4), VI § 3

如果X∈VX \in V,则从命题得到K[X]⊂VK[X] \subset V和断言 3。如果X∉VX \notin V,则X−1∈VX^{-1} \in V,从而K[X−1]⊂VK[X^{-1}] \subset V;那么 VV 是 K[X−1]K[X^{-1}] 的局部环在素理想 pp (命题 3) 处,并且这个理想包含 X−1X^{-1} 因为 X−1X^{-1} 在 V 中不可逆;那么 p=X−1K[X−1]p = X^{-1}K[X^{-1}] 因为后一个理想是最大的。最后让我们考虑一个有理数函数A(X)/B(X)A(X)/B(X),其中A和B分别是次数aa和bb的多项式;然后A(X)=XaA′(X−1)A(X) = X^a A'(X^{-1})和B(X)=XbB′(X−1)B(X) = X^b B'(X^{-1}),其中A′A'和B′B'是多项式,使得A′(0)≠0A'(0) \neq 0和B′(0)≠0B'(0) \neq 0;因此,对于X−1K[X−1]X^{-1}K[X^{-1}]处的K[X−1]K[X^{-1}]的A(X)/B(X)A(X)/B(X)到属于到局部环,a≤ba \leq b是充分必要的。

习题

参见习题为 § 1。

Google 翻译生成的粗略草稿,质量较低。术语依照术语表,但句子可能有误;之后会由仔细的译文取代。