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2. 德德金域名
1. 定义 DEDEKIND 域名
设A为整环。显然以下条件是等价的: (a) A 的非零素数理想中没有两个在包含方面具有可比性; (b) A 的非零素理想是最大的; (c) A 的非零素理想高度为 1。
Dedekind 域的例 (1) 每个主理想整环都是一个戴德金域。 (2) 令K为Q的有限扩张,A为K中Z的积分闭包。环A是Krull域(§ 1, no. 8,命题12)。令 p 为 A 的非零素理想。则 p∩Z 为非零(章 V, § 2, no. 1,命题 1 的推论),因此是 Z 的极大理想;因此p是A的最大理想(*loc.cit.*,命题1)。因此,A 是 Dedekind 域。一般来说,A 不是主理想整环 (代数, 章 VII, § 1, 习题 12)。 (3) \* 令 V 为仿射代数簇,函数的 A 环正则于 V。假设 A 不是域(即 V 没有减少到点)。对于 A 是戴德金域,V 是一条没有奇异点的不可约曲线是充分必要的:因为说 A 是整环等于说,V 是不可约的;说 A 的每个非零素理想最大等于说,A 是一条曲线;最后,由于A是诺特,所以说它是一个Krull域,说是整闭的,即V是正规曲线,或者说它没有奇异的点。 \* (4) 如果0∈/S,则戴德金域A的分数S−1A的环是戴德金德域。因为S−1A是一个克鲁尔域(§ 1, no. 4,命题6),S−1A的每个非零素理想最大为章II, § 2, no. 5,命题11。
2. DEDEKIND 域的刻画
设 A 为整环,K 为分数的域。以下条件是等效的: (a) A 是 Dedekind 域; (b) A 是一个 Krull 域,并且对 K 的每一个对 A 为正的非不当估值相当于对 A 的基本估值; (c) A 是克鲁尔域,A 的每个分数理想 J=(0) 都是除数; (d) A 的每个分数理想 3=(0) 都是可逆的; (e) A 是诺特积分闭域,并且 A 的每个非零素理想都极大; (f) A 是诺特,并且对于 A 的每个最大理想 m,Am 要么是域,要么是离散估值环; (g) A 是诺特,并且对于 A 的每个最大理想 m,Am 是主理想整环。
引用了 4 · 被以下引用 6
引用了 推论, VI § 1, VII § 1. 克鲁尔域, 推出 2, VII § 1, 推论 3
被以下引用 命题 1, 推论 2, 定义 1, VII § 3, 引理 2, VII § 4, 引理 4, VII § 4, 引理 5, VII § 4
我们首先展示(a)和(b)的等价。推论 2 到定理 3、§ 1, no. 6,立即表明 (a) 蕴涵 (b)。相反,(b) 意味着 (a),因为对于 A 的每个素理想 p,都存在K 的估价环,它支配Ap(章 VI, § 1, no. 2,定理 2 的推论)。
证明的余数由证明执行,结果如下:
(a)⇒(c)⇒(d)⇒(e)⇒(f)⇒(g)⇒(a).
如果 A 是戴德金域且 b 是非零分数理想,则对于每个最大理想 p (§1, no. 4, 命题 7) 都有bAp=bAp,因此b=6 (章) II、§3、no. 3、推论 3 至定理 1);因此(a)意味着(c)。
现在我们证明 (c) 蕴涵 (d)。如果(c)成立,映射a↦diva是I(A)的双射到D(A)(cf.§1,no. 1);因为它是同态(§1,no. 2)并且D(A)是群,所以I(A)的每个元素都是可逆的。
我们证明 (d) 蕴涵 (e)。如果(d)成立,A的每个积分理想=(0)都是有限生成的(章11,§5,no. 6,定理4),因此A是诺特;因为I(A)是群,D(A)是群,因此A是完全整体封闭的(§1,no. 2,定理1)。最后,如果p是A的非零素理想,m是A包含p的极大理想,则环Am是主理想整环(章) II、§5、no. 6、定理 4);因为 pAm 是素数且非零,必然 pAm=mAm (主理想整环是戴德金域) 从而 p=m (章 11, §2, no. 5, 命题 11) 并且p 是最大的。
现在我们证明 (e) 蕴涵 (f)。如果m是A的最大理想且(e)成立,则Am是全闭域诺特,其最大理想mAm是(0),或者是Am的唯一非零素理想;因此Am是域或§1、no. 7的命题 11的离散估值环。
(f) 暗示 (g) 的事实是显而易见的。
最后我们证明(g)蕴涵(a)。由于A是Am的交,其中m贯穿最大理想的集合(章II、§3、no. 3,推论4到定理1),(g)意味着A 是积分闭的,诺特因此A 是克鲁尔域(§1,no. 3,定理 2 的推论)。另一方面,可以证明 A 的每个非零素理想都是最大的,如证明中的 (d) ⇒ (e)。
令A为半局部戴德金域,K为分数的域,p1,…,pn其最大理想以及v1,…,v、相应的基本估值;这些是A唯一的基本估值。令a为A的非零积分理想。由于它是除数,因此存在 (§1, no. 4, 命题 5) 整数 q1,…,qn,使得a是x∈K的集合,使得vi(x)≥qi对于1≤i≤n。令 x0 为 K 的元素,使得 1≤i≤n 为 vi(x0)=qi(章 VI、§7、no. 2,推论 1 到定理 1)。那么 a 是 x∈K 的集合,这样 vi(xx0−1)≥0 就代表 1≤i≤n。因此a=Ax0。
如果 A 是戴德金域,则可以看出,在定理 1 的证明中,A 的除子的群 D(A) 等同于分数理想 a=(0) 的群 I(A)(因为 A 是诺特,每个非零分数理想都是有限生成的)。然后将 A (§1, no. 2) 的除子类群 C(A) 与 A 的理想 =0 的类的群进行识别(在章 II 中定义, §5、no. 7)。
3. 分解理想转化为乘积素理想
设A为戴德金域,I(A) A的非零分数理想的有序乘法群和A的除子的D(A) 群。 将 I(A) 的同构 a↦diva 推到 D(A) 映射极值除子到 A 的非零素理想 (§1, no. 6, 定理 3),因此乘法群 I(A)承认 A 的非零素理想为基集合 (§1, no. 3, 定理 2)。 在其他字中,*A 的每个非零分数理想 a 都承认形式的唯一分解*:
a=p∏pn(p)
其中乘积扩展为 A 的非零素理想,指数 n(p) 为零,除了有限的数 。此外,当且仅当 n(p) 均为正数时,a 才是积分。 关系 (1) 称为 a 到素数因子* 的 *分解。特别是,如果a是主要理想Ax,那么,对于所有p,n(p)=vp(x),其中vp表示基本估值相应的至p;这是从 §1、no. 3 的公式 (4) 得出的。让
a=p∏pm(p),b=p∏pn(p)
是 A 的两个非零分数理想。那么
ab=p∏pm(p)+n(p)(2)
a:b=ab−1=p∏pm(p)−n(p)(3)
a+b=p∏pinf(m(p),n(p))(4)
a∩b=p∏psup(m(p),n(p))(5)
关系 (2) 显而易见;由其得出关系 (3),由方程得出方程a:b=ab−1
div(a:b)=diva−divb
(§1,no. 2,定理 1 的推论); 公式 (4) 和 (5) 遵循命题 2、§1、no. 1。
这些结果特别适用于 Q 的有限扩张中Z 的积分闭包。
如果A是主理想整环,上面的结果又给出了代数、章VII, § 1, no. 3的结果。
4. DEDEKIND 域的近似值定理
在 Dedekind 域中,有一个“近似定理”,它加强了章 VI, § 7, no. 2 的定理 1 和 § 1, no. 5 的命题 9:
令A为戴德金域,K为分数的域和A的非零素理想的P集合;对于p∈P,令vp表示相应的对A的基本估值。令p1,…,pq不同于P的元素和n1,…,nq有理整数以及x1,…,xq元素K。那么存在x∈K,使得1≤i≤q有vpi(x−xi)≥ni,所有与pi不同的p∈P有vp(x)≥0。
引用了 2 · 被以下引用 2
引用了 命题 5, II § 1, 命题 4, TG III § 3
被以下引用 § 2. 德德金域名, 命题 3
替换如果需要是ni 大于整数,则可以假设它们全部为正。我们首先检查xi在A中的情况;显然这相当于找到 x∈A 满足同余
x≡xi(modpini)
x的存在则由章II, § 1, no. 2、命题5得出。
我们现在讨论一般情况。我们可以写xi=s−1yi,其中s,yi在A中;写x=s−1y,就等于找到一个y∈A,这样,对于所有与pi不同的p∈P,一方面是vpi(y−yi)≥ni+vpi(s),另一方面是vp(y)≥vp(s);作为 vp(s)=0,除了指标 p 的有限数之外,它因此被简化为上述情况; 从而命题。
命题 2 可以解释为稠密性定理。 准确地说,对于所有p∈P,令K^p(或A^p)为K(或A)对于离散估值vp的完成,并考虑乘积∏p∈PK^p;如果xp∈A^p对于所有p∈P(其中有限的数除外),则此乘积的元素x=(xp)被称为A的受限adèle。 显然,受限广告的集合A是∏p∈PK^p的子环,其中包含乘积环A,=∏p∈PA^p。 考虑A,乘积拓扑,A,是完整的; A上有一个独特的拓扑T,与其加法群结构兼容,其中A中的邻域为0,形式为邻域的基本系统G 0。 拓扑 T 与A 上的环结构兼容;对于一般拓扑、章 111、§ 6, no. 3的明确公理(AVII)成立,由A,上的T引发的拓扑与A,上的环结构兼容。 另一方面,对于所有x∈A,存在P的有限子集J,这样,如果我们写J′=P−J, KJ≤∏p∈JK^p, AJ′=∏p∈J′A^p,,那么x \in K_J \times A_{J'} 并且,由于A^p对于所有p在K^p中开,G是一个基本函数KJ×AJ′ 上的乘积拓扑为 0 的邻域系统;因为后者与乘积上的环结构兼容,*通用拓扑*、章III、*loc的公理(AV_1)。 cit.* 也被认为成立,这证明了我们的断言。 显然,A 是 A 的*开* 子环,因此 A 也是一个*完整*环(*一般拓扑*、章 III, § 3, no. 3、命题 4)。
对于所有x∈K,令Δ(x)为元素(xp)∈∏p∈PK^p,使得xp=x对于所有p∈P;作为 xp∈A^p,除了 p 的值的有限数,Δ(x)∈A;因此,我们定义了同态 A:K→A,如果 P=∅ 则它是*内射*(即如果 A 不是域); Δ(K) 中的元素被称为*主要受限adèles*,并且显然是Δ(A)⊂A。
在A(或K)上考虑拓扑是Hausdorff,直接的。考虑到 A 的 no. 3、断言,可从章 111、§ 2, no. 13、命题 17 得出。因此,这表明 Δ(A) 在 A 中是稠密的;类似地,Δ(K)在A中是稠密的,注对于所有x=(xi)∈A来说,只有p∈P的有限数使得vp(xp)<0;通过§ 1, no. 5,命题 9,因此存在s∈K,使得sxp∈A^p对于所有p∈P,在其他字Δ(s)x∈A,并且,由于乘法通过Δ(s)是同态,从A到自身,它就足够了应用 Δ(A) 在 A 中稠密的事实,推导出 Δ(K) 在 A 中稠密。
当然,我们也可以使用命题 2 来证明 Δ(K) 在 A 中是稠密的。
现在考虑矩阵U∈Mn(A)的乘法群SL(n,A)由……组成使得det(U)=1;如果给定Mn(A)=An2乘积拓扑,则SL(n,A)拓扑上的诱导*与SL(n,A)上的群结构*相容的。只要验证映射U↦U−1在SL(n,A)上连续即可;但由于 U 是幺模的,所以已知 (代数, 章 III, § 6, no. 5, 公式 (17)),U−1 的元素是 U 的 次数,因此是 U 的元素中的多项式,这证明了我们的断言。如果通过A将K与A的子环等同,则群SL(n,K)是SL(n,A)的子群。
群SL(n,K)在SL(n,A)中稠密。
引用了 1
引用了 命题 3
令G为SL(n,A)中SL(n,K)的闭包;因为 K 在 A (命题 3)、G 包含中是稠密的,对于 i=j 和 a∈A,形式 I+a.Eij 的所有矩阵。对于所有p∈P和所有λ∈K^p,令λ(p)为受限制的adèlex=(xq)q∈P,使得对于q=p有xp=λ和xq=0;上式表明,对于 i=j,G 包含矩阵 I+λ(p)Eij。但我们知道形式 I+λEij 的矩阵对应 λ∈K^p 生成群 SL(n,K^p) (代数, 章 111)。对于每个矩阵U∈SL(n,A),令Up表示SL(n,K^p)中U的典范像;因此可以看出,对于所有p∈P,G包含矩阵U∈SL(n,A),使得Uq=I对于所有q#p。由于G是群,它也包含所有矩阵U∈SL(n,A),这样Up=I除了p∈P的*有限*数;现在,A上的拓扑的定义立即表明这些矩阵中的集合在SL(n,A)中是密集的。
5. 克鲁尔秋月定理
令 A 为诺特域,其中每个非零素数理想都最大,且 M 有限生成挠元 A 模。那么 M 的长度 longA(M) 是无限的。
引用了 1 · 被以下引用 1
引用了 命题 7, IV § 2
被以下引用 引理 3
由于 M 是挠元模,因此与 M 相关的每个素理想都是 =(0),因此是最大的。然后从章 IV, § 2, no. 5、命题 7 得出引理。
设A为环,T为A模,(Ti)为T的子模与并T的右有向族。然后longA(T)=supi(longA(Ti)).
被以下引用 1
被以下引用 引理 3
longA(Ti)≤longA(T) 对于所有i。如果没有整数超过longA(Ti),引理是明显的,那么两边都是无限的。否则,令i0为指标,其中longA(Ti0)取其最大的值;那么Ti0=T,因为家庭(Ti)是有方向的;在这种情况下,从而我们的断言。
令A为诺特域,使得每个非零素数理想&A最大,M为有限秩r的无扭A模,以及A的非零元素。那么A/Aa是有限长度的A模,并且:*
longA(M/aM)≤r⋅longA(A/Aa). 引理 1 表明
longA(A/Aa) 是有限的。我们首先在
M 是“有限生成”的情况下展示(6)。由于
M 是无扭的且具有秩
r,因此存在
M 的子模
L,它与
A′ 同构的,因此
Q=M/L 是有限生成的挠元
A-模块,因此为有限长度 (引理 1)。对于每个整数
n≥1,典范满射
M/anM→Q/anQ的核等于
(L+anM)/anM并且同构于
L/(anM∩L);作为
anL⊂anM∩L, 因此
longA(M/anM)≤longA(L/anL)+longA(Q/anQ)≤longA(L/anL)+longA(Q). 现在,由于
M 无扭转,乘法乘以
a 定义同构
引用了 2 · 被以下引用 1
引用了 引理 1, 引理 2
被以下引用 命题 5(克鲁尔-秋月)
M/aM 到 aA/a^2M; L 类似; 从而,由归纳于n,公式:
longA(M/anM)=n⋅longA(M/aM).
longA(L/anL)=n⋅longA(L/aL).
考虑到(7),我们推论:
longA(M/aM)≤longA(L/aL)+n−1longA(Q)
对于所有n>0;因为 L 与 A' 同构的,longA(L/aL)=rlongA(A/Aa); 从而 (6) 通过让 n 在 (9) 中趋于无穷大。
我们现在讨论一般情况。令(Mi)为M的有限生成的子模族。模T=M/aM是子模Ti=(Mi+aM)/aM=Mi/(Mi∩aM)的并。现在,T 同构于 Mi/aMi 的商,因此
longA(Ti)≤rlongA(A/Aa)
由我们刚才证明的。 从而
longA(T)≤rlongA(A/Aa)
引理2。
命题 5(克鲁尔-秋月) 050W
设 A 为诺特域,其非零素数理想均为极大,K 为分数的域,L K 的有限扩张,B L 包含 A 的子环。则 B 为诺特并且 B 的每个非零素理想都是极大的。此外,对于 B 的每个理想 b=(0),B/b 为有限生成A-模。
引用了 2 · 被以下引用 3
引用了 引理 3, 命题 9, A VIII § 6
被以下引用 习题 10, § 2, 命题 1, 推出 1
设b是B的非零理想。我们将证明B/b是有限长度的A-模(因此,*更不必说*,有限长度的B-模),并且b是有限生成的B-模。
b 的非零元素 y 满足形式的方程:
aryr+ar−1yr−1+⋯+a1=0(ai∈A,a1=0).
这个方程表明a1∈By⊂b。 应用引理3到M=B,可见B/a0B是有限长度的A-模; B/b 也是如此,它是商模。进一步B-模 b 包含,如子模、a0B是有限生成的;由于b/a0B是有限长度(如子模是B/a0B),因此是有限生成的,b当然是有限生成的B-模。
上式首先表明B是诺特。另一方面,如果 p 是 B 的非零素理想,环 B/p 是整环和有限长度,因此是域 (代数, 章 VIII, § 6, no. 4, 命题 9),因此 p 最大。
首先假设p=(0);那么B的唯一素理想q使得q∩A=(0)是(0);否则,写S=A−{0},S−1q将是S−1B的非零素理想(章11,§ 2, no. 5,命题11),S−1B只是B的分数的域,因为它是子环 L 包含 K (\emph{代数}, 章 V, § 3, no. 2, 命题 3); 从而一个荒谬的结论。如果现在 p=(0),则从命题 5 可以得出,B/pB 是有限维向量空间超过域 A/p,因此有 \emph{阿廷的} 环,因此只有有限的数素理想(章IV, § 2, no. 5,命题9),证明素理想的B包含p只有有限个数。
L中A的积分闭包是一个Dedekind域。
引用了 1
引用了 定理 1
这个积分闭包是一个积分闭的诺特域,其所有非零素理想都是极大的;因此,满足no. 2中的应用定理 1即可。
特别是:
Bp=i∏pie(i)
理想Bp的分解与素理想的乘积一样。然后: (a) 位于p之上的B的素理想是pi,使得e(i)>0; (b) 对这些理想pi的L相应的的估值vi,直到等价,是对L延伸v的估值; (三)[B/pi:A/p]=f(vi/v); (d)ei=e(vi/v)(cf.章VI, § 8, no. 1、定义1和2)。
(a) 说B的素理想q位于p之上相当于说即q⊇p,因此q⊇Bp和q包含是pi之一,使得e(i)>0 (章 11、§ 1, no. 1、命题 1)。 (b) 考虑到(a),从§ 1, no. 8,推论到命题 12。 (c) v的剩余类域与A/p相同,vi的B/pi相同(§ 1, no. 4,推论1至命题6)。
(d) 设a(分别ai)为v(分别vi)的均匀化器。然后
aBpi=aApBpi=pApBpi=pB.Bpi=(j∏pje(j))Bpi=j∏(pjBpi)e(j)=(piBpi)e(i)=aie(i)Bpi 从
pjBpi=Bj开始
j=i; 从而 (d),自
e(vi/v)=vi(a) 起。
习题
参见习题为 § 2。