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。
§ 8。 环
1. Rings
(AN I) 在加法 A \mathbf{A} A 下是可交换的群 。 (AN II) 乘法具有结合律并拥有单位元素 。 (AN III) 乘法相对于加法 是可分配的。 环 A \mathbf{A} A 如果其乘法是可交换的,则称其是可交换的 。
其中,( x , y ) ↦ x + y (x, y) \mapsto x + y ( x , y ) ↦ x + y 表示加法,( x , y ) ↦ x y (x, y) \mapsto xy ( x , y ) ↦ x y 乘法; 0 0 0 表示加法的单位元素,1 1 1 乘法。最后,− x -x − x 表示加法下x x x 的负数。因此,环的公理由以下恒等式表示:
( 1 ) x + ( y + z ) = ( x + y ) + z (associativity of addition) ( 2 ) x + y = y + x (commutativity of addition) ( 3 ) 0 + x = x + 0 = x (zero) ( 4 ) x + ( − x ) = ( − x ) + x = 0 (negative) ( 5 ) x ( y z ) = ( x y ) z (associativity of multiplication) ( 6 ) x .1 = 1. x = x (unit element) ( 7 ) ( x + y ) . z = x z + y z ( 8 ) x . ( y + z ) = x y + x z (distributivity)
\begin{array}{ll}
(1) & x + (y + z) = (x + y) + z \quad \text{(associativity of addition)} \\
(2) & x + y = y + x \quad \text{(commutativity of addition)} \\
(3) & 0 + x = x + 0 = x \quad \text{(zero)} \\
(4) & x + (-x) = (-x) + x = 0 \quad \text{(negative)} \\
(5) & x(yz) = (xy)z \quad \text{(associativity of multiplication)} \\
(6) & x.1 = 1.x = x \quad \text{(unit element)} \\
(7) & (x + y).z = xz + yz \\
(8) & x.(y + z) = xy + xz \quad \text{(distributivity)}
\end{array}
( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) ( 6 ) ( 7 ) ( 8 ) x + ( y + z ) = ( x + y ) + z (associativity of addition) x + y = y + x (commutativity of addition) 0 + x = x + 0 = x (zero) x + ( − x ) = ( − x ) + x = 0 (negative) x ( y z ) = ( x y ) z (associativity of multiplication) x .1 = 1. x = x (unit element) ( x + y ) . z = x z + y z x . ( y + z ) = x y + x z (distributivity)
最后,如果x y = y x xy = yx x y = y x 对于A \mathbf{A} A 中的x , y x, y x , y 来说,环A \mathbf{A} A 是可交换的。
单独使用加法 A \mathbf{A} A 是一个可交换的群,称为 A \mathbf{A} A 的 加法群 。对于所有x ∈ A x \in \mathbf{A} x ∈ A ,我们将定义左侧位似γ x \gamma_x γ x 和右侧位似δ x \delta_x δ x 乘以γ x ( y ) = x y \gamma_x(y) = xy γ x ( y ) = x y ,δ x ( y ) = y x \delta_x(y) = yx δ x ( y ) = y x 。通过公式(7)和(8),γ x \gamma_x γ x 和δ x \delta_x δ x 是A \mathbf{A} A 的加法群的自同态,因此映射零到零并且负对负。所以
( 9 ) x .0 = 0. x = 0 ( 10 ) x . ( − y ) = ( − x ) . y = − x y ;
\begin{align*}
(9) & \quad x.0 = 0.x = 0 \\
(10) & \quad x.(-y) = (-x).y = -xy;
\end{align*}
( 9 ) ( 10 ) x .0 = 0. x = 0 x . ( − y ) = ( − x ) . y = − x y ; 由此可知 ( − x ) ( − y ) = − ( ( − x ) . y ) = − ( − x y ) (-x)(-y) = -((-x).y) = -(-xy) ( − x ) ( − y ) = − (( − x ) . y ) = − ( − x y ) , 从而 ( 11 ) ( − x ) ( − y ) = x y . (11) \quad (-x)(-y) = xy. ( 11 ) ( − x ) ( − y ) = x y . 公式 (10) 和 (11) 构成*符号规则*。由此可见 − x = ( − 1 ) x = x ( − 1 ) -x = (-1)x = x(-1) − x = ( − 1 ) x = x ( − 1 ) 和( − 1 ) ( − 1 ) = 1 (-1)(-1) = 1 ( − 1 ) ( − 1 ) = 1 。
从 (11) 可以得出 n n n 上的归纳
( 12 ) ( − x ) n = { x n if n is even − x n if n is odd. (12) \quad (-x)^n = \begin{cases} x^n & \text{if } n \text{ is even} \\ -x^n & \text{if } n \text{ is odd.} \end{cases} ( 12 ) ( − x ) n = { x n − x n if n is even if n is odd.
当我们说到环A \mathbf{A} A 的*可取消*元素、*可逆*元素、*可改变*元素、*中心的*元素、*集中器*或*中心*时,所有这些概念都会指代乘法 A \mathbf{A} A 。如果x , y ∈ A x, y \in \mathbf{A} x , y ∈ A 和y y y 可逆,则当A \mathbf{A} A 可交换时,A \mathbf{A} A 的元素x y − 1 xy^{-1} x y − 1 也表示为x / y x/y x / y 。 A \mathbf{A} A 可逆元集合稳定在乘法以下。在乘法诱导的律下,群称为A \mathbf{A} A 的*乘法群*,有时用A ∗ \mathbf{A}^* A ∗ 表示。
设x , y x, y x , y 在A \mathbf{A} A 中。如果存在y ′ ∈ A y' \in \mathbf{A} y ′ ∈ A 使得x = y ′ y x = y'y x = y ′ y (或x = y y ′ x = yy' x = y y ′ ),则x x x 被称为y y y 的*左*(或*右*)*倍数*;也有人说 y y y 是一个*右*(分别是。
左)x 的除子。当A是可交换的时,不需要区分“左”和“右”。
与上述术语一致,每一个元素y ∈ A y \in \mathbf{A} y ∈ A 都会被视为左右除子为0;但是,由于语言滥用,一般来说,项“0的右(或左)除子”被保留给元素y y y ,使得在满足关系x y = 0 xy = 0 x y = 0 (或y x = 0 yx = 0 y x = 0 )中存在x ≠ 0 x \neq 0 x = 0 。在其他字中,零的右(或左)除子是右(或左)不可取消的元素。
让x ∈ A x \in \mathbf{A} x ∈ A 。如果存在整数 n > 0 n > 0 n > 0 和x n = 0 x^n = 0 x n = 0 ,则x x x 称为幂零。 元素 1 − x 1 - x 1 − x 是可逆的,其逆等于
1 + x + x 2 + ⋯ + x n − 1 .
1 + x + x^2 + \cdots + x^{n-1}.
1 + x + x 2 + ⋯ + x n − 1 .
由于 A 是加法下的交换律群,n ∈ Z n \in \mathbf{Z} n ∈ Z 和x ∈ A x \in \mathbf{A} x ∈ A 的元素n x nx n x 已被定义(§ 2, no. 8)。由于γ x \gamma_x γ x 和δ x \delta_x δ x 是加法群A、γ x ( n y ) = n γ x ( y ) \gamma_x(ny) = n\gamma_x(y) γ x ( n y ) = n γ x ( y ) 和δ y ( n x ) = n δ y ( x ) \delta_y(nx) = n\delta_y(x) δ y ( n x ) = n δ y ( x ) 的自同态,从而
x . ( n y ) = ( n x ) . y = n . ( x y ) .
x.(ny) = (nx).y = n.(xy).
x . ( n y ) = ( n x ) . y = n . ( x y ) . 特别是n x = ( n .1 ) x nx = (n.1)x n x = ( n .1 ) x 。
集合加法和乘法满足公理为环,但保证乘法下存在单位元素,称为伪环。
2. 推论分配律
乘法的分配律相对于加法允许我们得到 § 3, no. 4 的应用命题 1,这给出
∏ i = 1 n ( ∑ λ ∈ L i x i , λ ) = ∑ α 1 , … , α n ∏ i = 1 n x i , α i
\prod_{i=1}^n \left( \sum_{\lambda \in L_i} x_{i,\lambda} \right) = \sum_{\alpha_1, \ldots, \alpha_n} \prod_{i=1}^n x_{i, \alpha_i}
i = 1 ∏ n ( λ ∈ L i ∑ x i , λ ) = α 1 , … , α n ∑ i = 1 ∏ n x i , α i 其中和扩展在所有序列( α 1 , … , α n ) (\alpha_1, \ldots, \alpha_n) ( α 1 , … , α n ) 属于到L 1 × ⋯ × L n L_1 \times \cdots \times L_n L 1 × ⋯ × L n ,对于i = 1 , … , n i = 1, \ldots, n i = 1 , … , n ,环A的元素的家庭( x i , λ ) λ ∈ L i (x_{i,\lambda})_{\lambda \in L_i} ( x i , λ ) λ ∈ L i 是有限支撑。
令 A 为交换环和 ( x λ ) λ ∈ L (x_\lambda)_{\lambda \in L} ( x λ ) λ ∈ L A 的元素的有限族。对于正整数 β = ( β λ ) λ ∈ L \beta = (\beta_\lambda)_{\lambda \in L} β = ( β λ ) λ ∈ L 的每个族,令 ∣ β ∣ = ∑ λ ∈ L β λ |\beta| = \sum_{\lambda \in L} \beta_\lambda ∣ β ∣ = ∑ λ ∈ L β λ 。然后
( ∑ λ ∈ L x λ ) n = ∑ ∣ β ∣ = n n ! ∏ λ ∈ L β λ ! ∏ λ ∈ L x λ β λ .
\left( \sum_{\lambda \in L} x_\lambda \right)^n = \sum_{|\beta|=n} \frac{n!}{\prod_{\lambda \in L} \beta_\lambda!} \prod_{\lambda \in L} x_\lambda^{\beta_\lambda}.
( λ ∈ L ∑ x λ ) n = ∣ β ∣ = n ∑ ∏ λ ∈ L β λ ! n ! λ ∈ L ∏ x λ β λ . 我们将公式 (13) 与
L i = L L_i = L L i = L 一起应用,将
x i , λ = x λ x_{i,\lambda} = x_\lambda x i , λ = x λ 应用于
1 ≤ i ≤ n 1 \leq i \leq n 1 ≤ i ≤ n 。然后
( ∑ λ ∈ L x λ ) n = ∑ α 1 , … , α n x α 1 ⋯ x α n ,
\left( \sum_{\lambda \in L} x_\lambda \right)^n = \sum_{\alpha_1, \ldots, \alpha_n} x_{\alpha_1} \cdots x_{\alpha_n},
( λ ∈ L ∑ x λ ) n = α 1 , … , α n ∑ x α 1 ⋯ x α n , 和延伸至所有序列
α = ( α 1 , … , α n ) ∈ L n \alpha = (\alpha_1, \ldots, \alpha_n) \in L^n α = ( α 1 , … , α n ) ∈ L n 。
引用了 1 引用了 I § 5. 。 群运行于集合
设α \alpha α 在L n L^n L n 中;对于所有λ ∈ L \lambda \in L λ ∈ L ,让U λ α U_\lambda^\alpha U λ α 表示整数i i i 的集合,使得1 ≤ i ≤ n 1 \leq i \leq n 1 ≤ i ≤ n 和α i = λ \alpha_i = \lambda α i = λ ,并让Φ ( α ) = ( U λ α ) λ ∈ L \Phi(\alpha) = (U_\lambda^\alpha)_{\lambda \in L} Φ ( α ) = ( U λ α ) λ ∈ L 。 Φ \Phi Φ 为L n L^n L n 双射到由L L L 索引的{ 1 , 2 , … , n } \{1, 2, \ldots, n\} { 1 , 2 , … , n } 划分集合上为直接的。对于所有β ∈ N L \beta \in \mathbf{N}^L β ∈ N L ,使得∣ β ∣ = n |\beta| = n ∣ β ∣ = n ,让L β n L_\beta^n L β n 表示α ∈ L n \alpha \in L^n α ∈ L n 的集合,使得C a r d U β α = β λ \mathrm{Card}\ U_\beta^\alpha = \beta_\lambda Card U β α = β λ 对于所有λ ∈ L \lambda \in L λ ∈ L 。由此可见,家庭( L β n ) ∣ β ∣ = n (L_\beta^n)_{|\beta|=n} ( L β n ) ∣ β ∣ = n 是L n L^n L n 的划分,并且
C a r d L β n = n ! ∏ λ ∈ L β λ !
\mathrm{Card}\ L_\beta^n = \frac{n!}{\prod_{\lambda \in L} \beta_\lambda!}
Card L β n = ∏ λ ∈ L β λ ! n !
(§ 5, no. 5)。
最后,对于α ∈ L β n \alpha \in L_\beta^n α ∈ L β n ,
x α 1 ⋯ x α n = ∏ λ ∈ L ∏ i ∈ U λ α x α i = ∏ λ ∈ L ∏ i ∈ U λ α x λ = ∏ λ ∈ L x λ ,
x_{\alpha_1} \cdots x_{\alpha_n} = \prod_{\lambda \in L} \prod_{i \in U_\lambda^\alpha} x_{\alpha_i} = \prod_{\lambda \in L} \prod_{i \in U_\lambda^\alpha} x_\lambda = \prod_{\lambda \in L} x_\lambda,
x α 1 ⋯ x α n = λ ∈ L ∏ i ∈ U λ α ∏ x α i = λ ∈ L ∏ i ∈ U λ α ∏ x λ = λ ∈ L ∏ x λ ,
whence
∑ ( α 1 , … , α n ) x α 1 ⋯ x α n = ∑ ∣ β ∣ = n ∑ α ∈ L β n x α 1 ⋯ x α n = ∑ ∣ β ∣ = n ∑ α ∈ L β n ∏ λ ∈ L x λ β λ = ∑ ∣ β ∣ = n n ! ∏ λ ∈ L β λ ! x λ β λ
\sum_{(\alpha_1, \ldots, \alpha_n)} x_{\alpha_1} \cdots x_{\alpha_n} = \sum_{|\beta|=n} \sum_{\alpha \in L_\beta^n} x_{\alpha_1} \cdots x_{\alpha_n}
= \sum_{|\beta|=n} \sum_{\alpha \in L_\beta^n} \prod_{\lambda \in L} x_\lambda^{\beta_\lambda}
= \sum_{|\beta|=n} \frac{n!}{\prod_{\lambda \in L} \beta_\lambda!} x_\lambda^{\beta_\lambda}
( α 1 , … , α n ) ∑ x α 1 ⋯ x α n = ∣ β ∣ = n ∑ α ∈ L β n ∑ x α 1 ⋯ x α n = ∣ β ∣ = n ∑ α ∈ L β n ∑ λ ∈ L ∏ x λ β λ = ∣ β ∣ = n ∑ ∏ λ ∈ L β λ ! n ! x λ β λ
公式 (14) 因此从 (15) 得出。
( x + y ) n = ∑ p = 0 n ( n p ) x p y n − p .
(x + y)^n = \sum_{p=0}^n \binom{n}{p} x^p y^{n-p}.
( x + y ) n = p = 0 ∑ n ( p n ) x p y n − p .
将公式 (14) 应用于 L = { 1 , 2 } L = \{1, 2\} L = { 1 , 2 } 、x 1 = x x_1 = x x 1 = x 和 x 2 = y x_2 = y x 2 = y 给出
( x + y ) n = ∑ p + q = n n ! p ! q ! x p y q ,
(x + y)^n = \sum_{p+q=n} \frac{n!}{p! q!} x^p y^q,
( x + y ) n = p + q = n ∑ p ! q ! n ! x p y q ,
和用 p + q = n p + q = n p + q = n 延伸超过正整数 p , q p, q p , q 的有序对。二项式公式立即由此得出(*集合理论*,III, § 5, no. 8)。
设A为A的交换环、X、集合、u = ( u x ) x ∈ X \mathbf{u} = (u_x)_{x \in X} u = ( u x ) x ∈ X 和v = ( v x ) x ∈ X \mathbf{v} = (v_x)_{x \in X} v = ( v x ) x ∈ X 两个族元素。令u + v \mathbf{u} + \mathbf{v} u + v 表示族( u x + v x ) x ∈ X (u_x + v_x)_{x \in X} ( u x + v x ) x ∈ X 。对于所有λ ∈ N ( X ) \lambda \in \mathbf{N}^{(X)} λ ∈ N ( X ) ,我们写为λ ! = ∏ x ∈ X λ ( x ) ! \lambda! = \prod_{x \in X} \lambda(x)! λ ! = ∏ x ∈ X λ ( x )! 。那么对于所有α ∈ N ( X ) \alpha \in \mathbf{N}^{(X)} α ∈ N ( X ) ,在§ 7, no. 8的记号中,
引用了 2 · 被以下引用 2 引用了 I § 7. 。免费幺半群,免费群 , 推论 1(二项式公式)
被以下引用 推论, IV § 1 , IV § 4. 。正式幂级数
( u + v ) α = ∑ β + γ = α α ! β ! γ ! u β v γ .
(\mathbf{u} + \mathbf{v})^\alpha = \sum_{\beta + \gamma = \alpha} \frac{\alpha!}{\beta! \gamma!} \mathbf{u}^\beta \mathbf{v}^\gamma.
( u + v ) α = β + γ = α ∑ β ! γ ! α ! u β v γ .
对于x ∈ X x \in X x ∈ X ,
( u x + v x ) α ( x ) = ∑ m + n = α ( x ) α ( x ) ! m ! n ! u x m v x n
(u_x + v_x)^{\alpha(x)} = \sum_{m+n=\alpha(x)} \frac{\alpha(x)!}{m! n!} u_x^m v_x^n
( u x + v x ) α ( x ) = m + n = α ( x ) ∑ m ! n ! α ( x )! u x m v x n
由推论 1。将这些方程中的乘积代入 x ∈ X x \in X x ∈ X 并使用 (13),我们得到推论。
设A A A 为环、x 1 , … , x n x_1, \ldots, x_n x 1 , … , x n 元素、A A A 和I = { 1 , 2 , … , n } I = \{1, 2, \ldots, n\} I = { 1 , 2 , … , n } 。对于H ⊂ I H \subset I H ⊂ I ,我们写为x H = ∑ i ∈ H x i x_H = \sum_{i \in H} x_i x H = ∑ i ∈ H x i 。然后
被以下引用 4 被以下引用 习题 7, § 8 , 注, III § 6 , 命题 3, IV § 5 , 引理 1, LIE VIII § 8
( − 1 ) n ∑ σ ∈ S n x σ ( 1 ) ⋯ x σ ( n ) = ∑ H ⊂ I ( − 1 ) C a r d H ( x H ) n .
(-1)^n \sum_{\sigma \in S_n} x_{\sigma(1)} \cdots x_{\sigma(n)} = \sum_{H \subset I} (-1)^{\mathrm{Card}\, H}(x_H)^n.
( − 1 ) n σ ∈ S n ∑ x σ ( 1 ) ⋯ x σ ( n ) = H ⊂ I ∑ ( − 1 ) Card H ( x H ) n .
*特别是,如果 A A A 是可交换的,
( − 1 ) n n ! x 1 x 2 ⋯ x n = ∑ H ⊂ I ( − 1 ) C a r d H ( x H ) n .
(-1)^n n! x_1 x_2 \cdots x_n = \sum_{H \subset I} (-1)^{\mathrm{Card}\, H}(x_H)^n.
( − 1 ) n n ! x 1 x 2 ⋯ x n = H ⊂ I ∑ ( − 1 ) Card H ( x H ) n .
设C C C 为I I I 的映射到{ 0 , 1 } \{0, 1\} { 0 , 1 } 的集合。如果将每个H ⊂ I H \subset I H ⊂ I 映射到其特征函数,则将P ( I ) \mathscr{P}(I) P ( I ) 映射到C C C ,即可获得双射。因此,(16) 的右侧等于:
∑ a ∈ C ( − 1 ) a ( 1 ) + ⋯ + a ( n ) ( ∑ i ∈ I a ( i ) x i ) n
\sum_{a \in C} (-1)^{a(1)+\cdots+a(n)} \left( \sum_{i \in I} a(i) x_i \right)^n
a ∈ C ∑ ( − 1 ) a ( 1 ) + ⋯ + a ( n ) ( i ∈ I ∑ a ( i ) x i ) n
= ∑ a ∈ C ( − 1 ) a ( 1 ) + ⋯ + a ( n ) ∑ ( i 1 , … , i n ) ∈ I n a ( i 1 ) … a ( i n ) x i 1 … x i n
= \sum_{a \in C} (-1)^{a(1)+\cdots+a(n)} \sum_{(i_1, \ldots, i_n) \in I^n} a(i_1) \ldots a(i_n) x_{i_1} \ldots x_{i_n}
= a ∈ C ∑ ( − 1 ) a ( 1 ) + ⋯ + a ( n ) ( i 1 , … , i n ) ∈ I n ∑ a ( i 1 ) … a ( i n ) x i 1 … x i n
= ∑ ( i 1 , … , i n ) ∈ I n c i 1 … i n x i 1 … x i n
= \sum_{(i_1, \ldots, i_n) \in I^n} c_{i_1 \ldots i_n} x_{i_1} \ldots x_{i_n}
= ( i 1 , … , i n ) ∈ I n ∑ c i 1 … i n x i 1 … x i n
哪里
c i 1 … i n = ∑ a ∈ C ( − 1 ) a ( 1 ) + ⋯ + a ( n ) a ( i 1 ) … a ( i n ) .
c_{i_1 \ldots i_n} = \sum_{a \in C} (-1)^{a(1)+\cdots+a(n)} a(i_1) \ldots a(i_n).
c i 1 … i n = a ∈ C ∑ ( − 1 ) a ( 1 ) + ⋯ + a ( n ) a ( i 1 ) … a ( i n ) .
(1) 假设( i 1 , … , i n ) (i_1, \ldots, i_n) ( i 1 , … , i n ) 不是I I I 的置换。存在与i 1 , … , i n i_1, \ldots, i_n i 1 , … , i n 不同的j ∈ I j \in I j ∈ I 。令 C ′ C' C ′ 为 a ∈ C a \in C a ∈ C 的集合,使得 a ( j ) = 0 a(j) = 0 a ( j ) = 0 。对于所有a ∈ C ′ a \in C' a ∈ C ′ ,令a ∗ a^* a ∗ 为a a a 的和以及{ j } \{j\} { j } 的特征函数。然后 a ∗ ( 1 ) + ⋯ + a ∗ ( n ) = a ( 1 ) + ⋯ + a ( n ) + 1 a^*(1) + \cdots + a^*(n) = a(1) + \cdots + a(n) + 1 a ∗ ( 1 ) + ⋯ + a ∗ ( n ) = a ( 1 ) + ⋯ + a ( n ) + 1 因此
c i 1 … i n = ∑ a ∈ C ′ ( − 1 ) a ( 1 ) + ⋯ + a ( n ) a ( i 1 ) … a ( i n ) + ( − 1 ) a ∗ ( 1 ) + ⋯ + a ∗ ( n ) a ∗ ( i 1 ) … a ∗ ( i n )
c_{i_1 \ldots i_n} = \sum_{a \in C'} (-1)^{a(1)+\cdots+a(n)} a(i_1) \ldots a(i_n) + (-1)^{a^*(1)+\cdots+a^*(n)} a^*(i_1) \ldots a^*(i_n)
c i 1 … i n = a ∈ C ′ ∑ ( − 1 ) a ( 1 ) + ⋯ + a ( n ) a ( i 1 ) … a ( i n ) + ( − 1 ) a ∗ ( 1 ) + ⋯ + a ∗ ( n ) a ∗ ( i 1 ) … a ∗ ( i n )
= ∑ a ∈ C ′ ( ( − 1 ) a ( 1 ) + ⋯ + ( n ) + ( − 1 ) a ( 1 ) + ⋯ + a ( n ) + 1 ) a ( i 1 ) … a ( i n ) = 0.
= \sum_{a \in C'} ((-1)^{a(1)+\cdots+(n)} + (-1)^{a(1)+\cdots+a(n)+1}) a(i_1) \ldots a(i_n) = 0.
= a ∈ C ′ ∑ (( − 1 ) a ( 1 ) + ⋯ + ( n ) + ( − 1 ) a ( 1 ) + ⋯ + a ( n ) + 1 ) a ( i 1 ) … a ( i n ) = 0.
(2) 假设存在σ ∈ S n \sigma \in S_n σ ∈ S n 使得i 1 = σ ( 1 ) , … , i n = σ ( n ) i_1 = \sigma(1), \ldots, i_n = \sigma(n) i 1 = σ ( 1 ) , … , i n = σ ( n ) 。那么a ( i 1 ) … a ( i n ) = 0 a(i_1) \ldots a(i_n) = 0 a ( i 1 ) … a ( i n ) = 0 除非a a a 只需要值1。因此c i 1 … i n = ( − 1 ) n c_{i_1 \ldots i_n} = (-1)^n c i 1 … i n = ( − 1 ) n 。
3. 例 / 环
I。 零环。设 A 为环。对于A中的0 = 1 0 = 1 0 = 1 ,A由单个元素组成是充分必要的。 条件显然已经足够了。另一方面,如果0 = 1 0 = 1 0 = 1 ,那么对于所有x ∈ A x \in A x ∈ A ,x = x .1 = x .0 = 0 x = x.1 = x.0 = 0 x = x .1 = x .0 = 0 。这样的环称为零环。
II。有理整数的环。由于§ 2, no. 5中定义了加法,§ 2, no. 6中定义了乘法,Z \mathbf{Z} Z 为交换环。 记号 0, 1, − x -x − x 与之前介绍的记号一致。
III。实值函数的环。令I为实数的集合R \mathbf{R} R 中的区间,令A为I上定义的连续函数与实值的集合。两个函数f f f 和g g g 中的和f + g f + g f + g 和乘积f . g f.g f . g 定义为 ( f + g ) ( t ) = f ( t ) + g ( t ) , ( f g ) ( t ) = f ( t ) g ( t ) ( t ∈ I ) . (f + g)(t) = f(t) + g(t), \quad (fg)(t) = f(t)g(t) \quad (t \in I). ( f + g ) ( t ) = f ( t ) + g ( t ) , ( f g ) ( t ) = f ( t ) g ( t ) ( t ∈ I ) . 得到交换环,其中单位元是常数1。
IV。卷积伪环。令 E 为 R \mathbf{R} R 上的实值连续函数的集合,其中零在有界区间之外。两个函数的和的定义与 III 相同,但乘积现在定义为 ( f g ) ( t ) = ∫ − ∞ ∞ f ( s ) g ( t − s ) d s (fg)(t) = \int_{-\infty}^{\infty} f(s)g(t-s)\ ds ( f g ) ( t ) = ∫ − ∞ ∞ f ( s ) g ( t − s ) d s (“卷积乘积”)。这样就得到了一个可交换的伪环,它不是环(cf.积分,VIII, §4)。
V。 环 A 的逆环。设 A 为环。与 A 相同的加法和乘法 ( x , y ) ↦ y x (x, y) \mapsto yx ( x , y ) ↦ y x 的集合 A 通常用A 0 A^0 A 0 表示。它是环(称为A的逆环),与A具有相同的零和相同的单位,并且当且仅当A是可交换的时,它与A有重合。
VI。 群的交换律自同态环。设 G 是可加写的交换律群。令E表示G的自同态的集合。给定E中的f f f 和g g g ,G到G的映射f + g f + g f + g 和f g fg f g 定义为
( f + g ) ( x ) = f ( x ) + g ( x ) , ( f g ) ( x ) = f ( g ( x ) ) ( x ∈ G ) . (f + g)(x) = f(x) + g(x), \quad (fg)(x) = f(g(x)) \quad (x \in G). ( f + g ) ( x ) = f ( x ) + g ( x ) , ( f g ) ( x ) = f ( g ( x )) ( x ∈ G ) . 通过 § 1, no. 5、命题 5,f + g f + g f + g 是 G 的自同态,因此显然也是 f g = f ∘ g fg = f \circ g f g = f ∘ g 。到§ 4, no. 8,E 是加法下的(可交换的)群。 乘法显然是结合律并且有单位元素 I d G \mathrm{Id}_G Id G 。同样对于E中的f , g f, g f , g 和h h h ,我们写成ϕ = f . ( g + h ) \phi = f.(g + h) ϕ = f . ( g + h ) ;对于所有x ∈ G x \in G x ∈ G , ϕ ( x ) = f ( ( g + h ) ( x ) ) = f ( g ( x ) + h ( x ) ) = f ( g ( x ) ) + f ( h ( x ) ) \phi(x) = f((g + h)(x)) = f(g(x) + h(x)) = f(g(x)) + f(h(x)) ϕ ( x ) = f (( g + h ) ( x )) = f ( g ( x ) + h ( x )) = f ( g ( x )) + f ( h ( x )) 对于 f f f 是 G 的自同态;因此 ϕ = f g + f h \phi = fg + fh ϕ = f g + f h 显然 ( g + h ) f = g f + h f . (g + h)f = gf + hf. ( g + h ) f = g f + h f .
因此 E 是一个(一般而言不可交换的)环,称为 G* 的 *自同态环。
VII。 零平方的伪环。 如果 x y = 0 xy = 0 x y = 0 对于所有 x , y ∈ A x, y \in A x , y ∈ A ,则称伪环 A 为零平方。设 G 是可交换的群。如果给集合 G 赋予群 G 的加法和乘法 ( x , y ) ↦ 0 (x, y) \mapsto 0 ( x , y ) ↦ 0 ,则获得零平方的伪环。如果 G = { 0 } G = \{0\} G = { 0 } ,则仅为环,在这种情况下,它为零环。
4. Ring homomorphisms
设A和B为两个环。 A 到 B 的态射或同态是 A 到 B 的任意映射 f 满足关系:
f ( x + y ) = f ( x ) + f ( y ) , f ( x y ) = f ( x ) ⋅ f ( y ) , f ( 1 ) = 1 ,
f(x + y) = f(x) + f(y), \quad f(xy) = f(x) \cdot f(y), \quad f(1) = 1,
f ( x + y ) = f ( x ) + f ( y ) , f ( x y ) = f ( x ) ⋅ f ( y ) , f ( 1 ) = 1 ,
对于所有 x , y x, y x , y *在A*中。
两个环同态中的合成是环同态。设A和B是A到B的两个环和f f f 映射;对于f f f 是同构,它是双射同态是充分必要的;在这种情况下,f − 1 f^{-1} f − 1 是B到A的同态。环A到自身的同态称为A的*自同态*。
设f : A → B f : A \to B f : A → B 为环同态。 映射f f f 是A的加法群的同态到B的加法群;特别是,对于所有x ∈ A x \in A x ∈ A ,f ( 0 ) = 0 f(0) = 0 f ( 0 ) = 0 和f ( − x ) = − f ( x ) f(-x) = -f(x) f ( − x ) = − f ( x ) 。 A的可逆元的f f f 下的像是B的可逆元,并且将A的乘法群的f f f 诱导同态转化为B的乘法群。
(1) 设A为环。立即可见,Z \mathbf{Z} Z 到A的映射n ↦ n ⋅ 1 n \mapsto n \cdot 1 n ↦ n ⋅ 1 是Z \mathbf{Z} Z 到A的唯一同态。特别是,Z \mathbf{Z} Z 的恒等映射是环Z \mathbf{Z} Z 的唯一内同态。
特别地,取A为加法群Z \mathbf{Z} Z (no. 3,例VI)中的自同态环。 Z \mathbf{Z} Z 的映射n ↦ n ⋅ 1 n \mapsto n \cdot 1 n ↦ n ⋅ 1 进入A是Z \mathbf{Z} Z (§ 2, no. 6)中乘法的构造到A的Z \mathbf{Z} Z 同构到A。
(2) 设a a a 为环A的可逆元。映射x ↦ a x a − 1 x \mapsto axa^{-1} x ↦ a x a − 1 为A的自同态
a ( x + y ) a − 1 = a x a − 1 + a y a − 1 ,
a(x + y)a^{-1} = axa^{-1} + aya^{-1},
a ( x + y ) a − 1 = a x a − 1 + a y a − 1 ,
a ( x y ) a − 1 = ( a x a − 1 ) ( a y a − 1 ) .
a(xy)a^{-1} = (axa^{-1})(aya^{-1}).
a ( x y ) a − 1 = ( a x a − 1 ) ( a y a − 1 ) .
它是双射的,因为关系x ′ = a x a − 1 x' = axa^{-1} x ′ = a x a − 1 等价于x = a − 1 x ′ a x = a^{-1}x'a x = a − 1 x ′ a 。因此,它是环 A 的自同构,称为与 a a a 伴随的 内自同构 。
引用了 1 引用了 I § 2. 。 单位元素;可取消元素; 可逆元
5. Subrings
设A A A 为环。 A A A 的子环是A A A 的任意子集B B B ,即加法下A A A 的子群,在乘法下稳定,并且A A A 的包含单位。
上面的条件可以写成如下
0 ∈ B , B + B ⊂ B , − B ⊂ B , B . B ⊂ B , 1 ∈ B .
0 \in B, \quad B + B \subset B, \quad -B \subset B, \quad B.B \subset B, \quad 1 \in B.
0 ∈ B , B + B ⊂ B , − B ⊂ B , B . B ⊂ B , 1 ∈ B .
如果B B B 是A A A 的子环,则由A A A 上的那些诱导出加法和乘法,从而使其变成环。 B B B 到A A A 的典范嵌入是环同态。
(1) 加法群 Z \mathbf{Z} Z 中的每个子群,其中包含 1 等于Z \mathbf{Z} Z 。因此Z \mathbf{Z} Z 是Z \mathbf{Z} Z 中唯一的子环。
(2) 设A A A 为环且( A t ) t ∈ I (A_t)_{t \in I} ( A t ) t ∈ I 为A A A 的子环族; ⋂ t ∈ I A t \bigcap_{t \in I} A_t ⋂ t ∈ I A t 是A A A 的子环是直接的。 In particular, the intersection of the subrings of A A A containing a subset X X X of A A A is a subring called the subring of A A A generated by X X X .
(3) 设X X X 为环A A A 中的子集。 A A A 中X X X 的集中器是A A A 的子环。特别地,A A A 中的中心是A A A 中的子环。
(4) 设G G G 是带有运算符的可交换群;让Ω \Omega Ω 表示运算符的集合,并在G G G 上表示Ω \Omega Ω 的α ↦ f α \alpha \mapsto f_\alpha α ↦ f α 作用。令E E E 为不带运算符G G G 的群的自同态环,以及带运算符G G G 的群的自同态的F F F 集合。通过定义,F F F 由自同态 ϕ \phi ϕ 和 G G G 组成,使得 ϕ ⋅ f α = f α ⋅ ϕ \phi \cdot f_\alpha = f_\alpha \cdot \phi ϕ ⋅ f α = f α ⋅ ϕ 代表所有 α ∈ Ω \alpha \in \Omega α ∈ Ω 。因此F F F 是环E E E 中的子环。 F F F 被称为群的自同态环,运算符为 G G G (cf. II, § 1, no. 2)。令F 1 F_1 F 1 为由f α f_\alpha f α 生成的E E E 的子环。那么F F F 就是F 1 F_1 F 1 在E E E 的中心化子。
引用了 1 引用了 II § 1. 。 模
6. 理想
设A A A 为环。如果A A A 的加法群的子群且关系a ∈ A , x ∈ a a \in A, x \in a a ∈ A , x ∈ a 隐含a x ∈ a ax \in a a x ∈ a (或x a ∈ a xa \in a x a ∈ a ),则A A A 的子集a a a 被称为左(或右)理想。如果a a a 既是A A A 的左理想又是右理想,则称A A A 的双边理想。
左理想的定义可以表示为关系
0 ∈ a , a + a ⊂ a , A . a ⊂ a
0 \in a, \quad a + a \subset a, \quad A.a \subset a
0 ∈ a , a + a ⊂ a , A . a ⊂ a
关系 − a ⊂ a -a \subset a − a ⊂ a 继公式 ( − 1 ) . x = − x (-1).x = -x ( − 1 ) . x = − x 和 A . a ⊂ a A.a \subset a A . a ⊂ a 之后。对于所有x ∈ A x \in A x ∈ A ,令γ x \gamma_x γ x 为A A A 的映射a ↦ x a a \mapsto xa a ↦ x a 到A A A ; 作用 x ↦ γ x x \mapsto \gamma_x x ↦ γ x 给出群的A A A 结构的加法群 A + A^+ A + ,其中A A A 的运算符作为集合的运算符。 A A A 的左理想正好是A + A^+ A + 的子群,在作用下是稳定的。
环A A A 中的左理想正是逆环A 0 A^0 A 0 的右理想。在交换环中,三个类的理想是相同的;它们被简单地称为理想。
(1) 设A A A 为环。 集合 A A A 是A A A 的双面理想; 集合由……组成为 0,称为零理想值,有时用 0 或 ( 0 ) (0) ( 0 ) 表示,而不是 { 0 } \{0\} { 0 } 。
(2) 对于A A A 的每一个元素a a a ,a a a 的左倍数的集合A . a A.a A . a 都是左理想;同样,集合a . A a.A a . A 是一个正确的理想。当a a a 在A A A 的中心时,A . a = a . A A.a = a.A A . a = a . A ;这个理想称为a a a 生成的主理想,用( a ) (a) ( a ) 表示。 ( a ) = A (a) = A ( a ) = A 当且仅当a a a 可逆。
(3) 设M M M 为A A A 中的子集。 元素 x ∈ A x \in A x ∈ A 的集合,使得x y = 0 xy = 0 x y = 0 对于所有y ∈ M y \in M y ∈ M 来说是A A A 的左理想,称为M M M 的左湮没子。 M M M 的右湮灭子的定义类似。
(4) A A A 的左(或右,两侧)的每交都是一个左(或右,两侧)理想。给定子集 X X X 和 A A A ,因此存在最小的左(右,两侧)理想包含 X X X ;它被称为由 X X X 生成的左(或右、两侧)理想。
令a a a 为A A A 的左理想。 条件 1 ∉ a , a ≠ A 1 \notin a, a \neq A 1 ∈ / a , a = A 显然是等价的。
令A A A 为环。通过滥用语言,如果左理想 a a a 是与 A A A 不同的左理想中的集合中的极大元素,则称其为最大。
在其他字中,如果a ≠ A a \neq A a = A 且A A A 包含a a a 的唯一左理想是a a a 和A A A ,则a a a 最大。
将 A A A 视为在 A A A 左侧乘法的加法群 A + A^+ A + 上进行操作。那么A A A 的左理想就是A + A^+ A + 的稳定子群。因此,定理由§ 4, no. 3得出,命题3适用于A + A^+ A + 的子集P = { 1 } P = \{1\} P = { 1 } 。
令A A A 为环,( x λ ) λ ∈ L (x_\lambda)_{\lambda \in L} ( x λ ) λ ∈ L 为A A A 的元素和a a a (分别为b b b )和∑ λ ∈ L a λ x λ \sum_{\lambda \in L} a_\lambda x_\lambda ∑ λ ∈ L a λ x λ 的集合,其中( a λ ) λ ∈ L (a_\lambda)_{\lambda \in L} ( a λ ) λ ∈ L 为有限支撑元素 A A A 的家庭(分别为∑ λ ∈ L a λ x λ b λ \sum_{\lambda \in L} a_\lambda x_\lambda b_\lambda ∑ λ ∈ L a λ x λ b λ ,其中( a λ ) λ ∈ L , ( b λ ) λ ∈ L (a_\lambda)_{\lambda \in L}, (b_\lambda)_{\lambda \in L} ( a λ ) λ ∈ L , ( b λ ) λ ∈ L 是有限支撑元素 A A A 的家庭)。那么a a a (或b b b )是元素x λ x_\lambda x λ 生成的A A A 的左(或两侧)理想。
公式
0 = ∑ λ ∈ L 0. x λ
0 = \sum_{\lambda \in L} 0.x_\lambda
0 = λ ∈ L ∑ 0. x λ
∑ λ ∈ L a λ x λ + ∑ λ ∈ L a λ ′ x λ = ∑ λ ∈ L ( a λ + a λ ′ ) x λ
\sum_{\lambda \in L} a_\lambda x_\lambda + \sum_{\lambda \in L} a'_\lambda x_\lambda = \sum_{\lambda \in L} (a_\lambda + a'_\lambda)x_\lambda
λ ∈ L ∑ a λ x λ + λ ∈ L ∑ a λ ′ x λ = λ ∈ L ∑ ( a λ + a λ ′ ) x λ
a . ∑ λ ∈ L a λ x λ = ∑ λ ∈ L ( a a λ ) x λ
a.\sum_{\lambda \in L} a_\lambda x_\lambda = \sum_{\lambda \in L} (aa_\lambda)x_\lambda
a . λ ∈ L ∑ a λ x λ = λ ∈ L ∑ ( a a λ ) x λ
证明a a a 是左理想。令a ′ a' a ′ 为左理想,使得x λ ∈ a ′ x_\lambda \in a' x λ ∈ a ′ 适用于所有λ ∈ L \lambda \in L λ ∈ L ,并令( a λ ) λ ∈ L (a_\lambda)_{\lambda \in L} ( a λ ) λ ∈ L 为A A A 中的有限支撑的家庭。那么a λ x λ ∈ a ′ a_\lambda x_\lambda \in a' a λ x λ ∈ a ′ 对于所有λ ∈ L \lambda \in L λ ∈ L ,从而∑ λ ∈ L a λ x λ ∈ a ′ \sum_{\lambda \in L} a_\lambda x_\lambda \in a' ∑ λ ∈ L a λ x λ ∈ a ′ ;因此a ⊂ a ′ a \subset a' a ⊂ a ′ 。因此a a a 是由x λ x_\lambda x λ 生成的A A A 的左理想。 b b b 的论证是类似的。
设A A A 为环,( a λ ) λ ∈ L (a_\lambda)_{\lambda \in L} ( a λ ) λ ∈ L 为A A A 的左理想族。 ⋃ λ ∈ L a λ \bigcup_{\lambda \in L} a_\lambda ⋃ λ ∈ L a λ 生成的左理想由和 ∑ λ ∈ L y λ \sum_{\lambda \in L} y_\lambda ∑ λ ∈ L y λ 组成,其中 ( y λ ) λ ∈ L (y_\lambda)_{\lambda \in L} ( y λ ) λ ∈ L 是一个具有有限支撑的族,使得 y λ ∈ a λ y_\lambda \in a_\lambda y λ ∈ a λ 代表所有 λ ∈ L \lambda \in L λ ∈ L 。
引用了 1 引用了 II § 1. 。 模
对于所有 λ ∈ L \lambda \in L λ ∈ L ,令 a a a 为和 ∑ λ ∈ L y λ \sum_{\lambda \in L} y_\lambda ∑ λ ∈ L y λ 中的集合,其中y λ ∈ a λ y_\lambda \in a_\lambda y λ ∈ a λ 。 公式 ∑ λ ∈ L x λ + ∑ λ ∈ L y λ = ∑ λ ∈ L ( x λ + y λ ) \sum_{\lambda \in L} x_\lambda + \sum_{\lambda \in L} y_\lambda = \sum_{\lambda \in L} (x_\lambda + y_\lambda) ∑ λ ∈ L x λ + ∑ λ ∈ L y λ = ∑ λ ∈ L ( x λ + y λ ) 和a ⋅ ∑ λ ∈ L x λ = ∑ λ ∈ L a x λ a \cdot \sum_{\lambda \in L} x_\lambda = \sum_{\lambda \in L} a x_\lambda a ⋅ ∑ λ ∈ L x λ = ∑ λ ∈ L a x λ 表明a a a 是A A A 的左理想。设λ ∈ L \lambda \in L λ ∈ L 和x ∈ a λ x \in a_\lambda x ∈ a λ ;将 μ ≠ λ \mu \neq \lambda μ = λ 写为 y λ = x y_\lambda = x y λ = x 和 y μ = 0 y_\mu = 0 y μ = 0 ;然后x = ∑ λ ∈ L y λ x = \sum_{\lambda \in L} y_\lambda x = ∑ λ ∈ L y λ ,从而x ∈ a x \in a x ∈ a ,最后a λ ⊂ a a_\lambda \subset a a λ ⊂ a 。如果对于所有 λ ∈ L \lambda \in L λ ∈ L 都有一个左理想 a ′ a' a ′ 包含 a λ a_\lambda a λ ,则显然包含 a a a ,因此 a a a 由 ⋃ λ ∈ L a λ \bigcup_{\lambda \in L} a_\lambda ⋃ λ ∈ L a λ 生成。
由⋃ λ ∈ L a λ \bigcup_{\lambda \in L} a_\lambda ⋃ λ ∈ L a λ 生成的理想a a a 称为左理想*a λ a_\lambda a λ 的*和,记为∑ λ ∈ L a λ \sum_{\lambda \in L} a_\lambda ∑ λ ∈ L a λ (cf.II, § 1, no. 7)。特别地,两个左理想的和a 1 + a 2 a_1 + a_2 a 1 + a 2 由和a 1 + a 2 a_1 + a_2 a 1 + a 2 组成,其中a 1 ∈ a 1 a_1 \in a_1 a 1 ∈ a 1 和a 2 ∈ a 2 a_2 \in a_2 a 2 ∈ a 2 。
7. 商环
设A A A 为环。如果a a a 是A A A 的双面理想,A A A 的两个元素x x x 和y y y 被认为是*全等模*a a a ,写作x ≡ y x \equiv y x ≡ y (模a a a )或x ≡ y ( a ) x \equiv y(a) x ≡ y ( a ) ,如果x − y ∈ a x - y \in a x − y ∈ a 。这是A A A 的等价关系。 关系x ≡ y ( a ) x \equiv y(a) x ≡ y ( a ) 和x ′ ≡ y ′ ( a ) x' \equiv y'(a) x ′ ≡ y ′ ( a ) 意味着x + x ′ ≡ y + y ′ ( a ) x + x' \equiv y + y'(a) x + x ′ ≡ y + y ′ ( a ) ,a a a 的x x ′ ≡ x y ′ ( a ) xx' \equiv xy'(a) x x ′ ≡ x y ′ ( a ) 是左理想,x y ′ ≡ y y ′ ( a ) xy' \equiv yy'(a) x y ′ ≡ y y ′ ( a ) 对于a a a 是右理想,从而x x ′ ≡ y y ′ ( a ) xx' \equiv yy'(a) x x ′ ≡ y y ′ ( a ) 。相反,如果R R R 在A A A 上是等价关系,与加法和乘法兼容,则x ≡ 0 x \equiv 0 x ≡ 0 mod的集合a a a 。 R R R 是双面理想,x ≡ y x \equiv y x ≡ y mod。 R R R 相当于 x ≡ y x \equiv y x ≡ y mod。 a a a 。
令A A A 为环,且a a a 为A A A 的双面理想。 A / a A/a A / a 表示 A A A 除以等价关系 x ≡ y ( a ) x \equiv y(a) x ≡ y ( a ) 的商集,加法和乘法为A A A 的商(§ 1 § 1 §1 、no. 6、定义) 11)。我们证明 A / a A/a A / a 是环:
(a) 在加法下,A / a A/a A / a 是加法群与A A A 的商交换群除以子群a a a 。
(b) 在乘法下,A / a A/a A / a 是幺半群(§ 2 § 2 §2 ,no. 1)。
(c) 令ξ , η , ζ \xi, \eta, \zeta ξ , η , ζ 在A / a A/a A / a 中,并令π : A → A / a \pi : A \to A/a π : A → A / a 为典范映射;我们选择元素 x , y , z x, y, z x , y , z 在 A A A 中,这样 π ( x ) = ξ , π ( y ) = η \pi(x) = \xi, \pi(y) = \eta π ( x ) = ξ , π ( y ) = η 和 π ( z ) = ζ \pi(z) = \zeta π ( z ) = ζ 。然后
ξ ( η + ζ ) = π ( x ) π ( y + z ) = π ( x ( y + z ) ) = π ( x y + x z ) = π ( x ) π ( y ) + π ( x ) π ( z ) = ξ η + ξ ζ
\xi(\eta + \zeta) = \pi(x)\pi(y + z) = \pi(x(y + z)) = \pi(xy + xz)
= \pi(x)\pi(y) + \pi(x)\pi(z) = \xi\eta + \xi\zeta
ξ ( η + ζ ) = π ( x ) π ( y + z ) = π ( x ( y + z )) = π ( x y + x z ) = π ( x ) π ( y ) + π ( x ) π ( z ) = ξ η + ξ ζ 关系( ξ + η ) ζ = ξ ζ + η ζ (\xi + \eta)\zeta = \xi\zeta + \eta\zeta ( ξ + η ) ζ = ξ ζ + η ζ 同样成立。
设A A A 为环,a a a 为A A A 的双面理想。 A A A 除以a a a 的商环,用A / a A/a A / a 表示,是A A A 除以等价关系x ≡ y ( a ) x \equiv y(a) x ≡ y ( a ) 的商集,其中加法和乘法是A A A 上的商。
环A / { 0 } A/\{0\} A / { 0 } 与A A A 同构的,A / A A/A A / A 是零环。
令A A A 为环,且a a a 为A A A 的双面理想。 (a) A A A 到A / a A/a A / a 的典范映射 π \pi π 是环同态。 (b) 设B B B 为环,并将A A A 的f f f 同态代入B B B 。如果f ( a ) = { 0 } f(a) = \{0\} f ( a ) = { 0 } ,则A / a A/a A / a 到B B B 中存在且仅有一个同态f ˉ \bar{f} f ˉ 使得f = f ˉ ∘ π f = \bar{f} \circ \pi f = f ˉ ∘ π 。
引用了 1 · 被以下引用 8 引用了 命题 5, I § 4
被以下引用 命题 1, AC I § 3 , 命题 8, AC I § 3 , AC II § 1. 基本理想 , 定义 1, AC II § 1 , 推论 2, AC II § 2 , 命题 8, AC II § 2 , 引理 1, AC VI § 1 , 定理 3
由构造、π ( x + y ) = π ( x ) + π ( y ) \pi(x + y) = \pi(x) + \pi(y) π ( x + y ) = π ( x ) + π ( y ) 和 π ( x y ) = π ( x ) π ( y ) \pi(xy) = \pi(x)\pi(y) π ( x y ) = π ( x ) π ( y ) 乘坐 A A A 内的 x , y x, y x , y ;并且π ( 1 ) \pi(1) π ( 1 ) 是A / a A/a A / a 、从而的单位ε \varepsilon ε (a)。
设A + A^+ A + 为A A A 的加法群,B + B^+ B + 为B B B 的加法群;因为f f f 是A + A^+ A + 的同态到B + B^+ B + ,零在A + A^+ A + 的子群a a a ,所以存在(§ 4, no. 4,命题 5)一个且仅有一个同态将A + / a A^+/a A + / a 的f ˉ \bar{f} f ˉ 转化为B + B^+ B + ,使得f = f ˉ ∘ π f = \bar{f} \circ \pi f = f ˉ ∘ π 。设ξ , η \xi, \eta ξ , η 在A / a A/a A / a 中; 选择x , y x, y x , y 在A A A 与π ( x ) = ξ \pi(x) = \xi π ( x ) = ξ 和π ( y ) = η \pi(y) = \eta π ( y ) = η ;然后ξ η = π ( x y ) \xi \eta = \pi(xy) ξ η = π ( x y ) ,从而
f ˉ ( ξ η ) = f ˉ ( π ( x y ) ) = f ( x y ) = f ( x ) f ( y ) = f ˉ ( ξ ) f ˉ ( η )
\bar{f}(\xi \eta) = \bar{f}(\pi(xy)) = f(xy) = f(x)f(y) = \bar{f}(\xi)\bar{f}(\eta)
f ˉ ( ξ η ) = f ˉ ( π ( x y )) = f ( x y ) = f ( x ) f ( y ) = f ˉ ( ξ ) f ˉ ( η )
和f ˉ ( ε ) = f ( π ( 1 ) ) = f ( 1 ) \bar{f}(\varepsilon) = f(\pi(1)) = f(1) f ˉ ( ε ) = f ( π ( 1 )) = f ( 1 ) ,因此f ˉ \bar{f} f ˉ 是环同态。
设A A A 和B B B 为A A A 的环和f f f 同态到B B B 。 (a) f f f 的核 a a a 是B B B 的双面理想。 (b) f f f 的像 B ′ = f ( B ) B' = f(B) B ′ = f ( B ) 是B B B 的子环。 (c) 令 π : A → A / a \pi : A \to A/a π : A → A / a 和 i : B ′ → B i : B' \to B i : B ′ → B 为规范的态射。 A / a A/a A / a 到B ′ B' B ′ 中存在且仅有一个态射f ˉ \bar{f} f ˉ ,使得f = i ∘ f ˉ ∘ π f = i \circ \bar{f} \circ \pi f = i ∘ f ˉ ∘ π 和f ˉ \bar{f} f ˉ 是同构。
引用了 2 · 被以下引用 1 引用了 定理 2 , E II § 6. 等价关系
被以下引用 命题 5
由于f f f 是A A A 的加法群的态射到B B B 的a a a 是A A A 的子群。如果x ∈ a x \in a x ∈ a 和a ∈ A a \in A a ∈ A ,则f ( a x ) = f ( a ) f ( x ) = 0 f(ax) = f(a)f(x) = 0 f ( a x ) = f ( a ) f ( x ) = 0 ,因此a x ∈ a ax \in a a x ∈ a ,类似地x a ∈ a xa \in a x a ∈ a ;因此a a a 是A A A 的双面理想。 断言 (b) 是显而易见的。由于f f f 在a a a 上是零,因此A / a A/a A / a 中存在态射f ˉ \bar{f} f ˉ 进入B ′ B' B ′ ,使得f = i ∘ f ˉ ∘ π f = i \circ \bar{f} \circ \pi f = i ∘ f ˉ ∘ π (定理2)。 f ˉ \bar{f} f ˉ 的唯一性以及f ˉ \bar{f} f ˉ 是同构的事实源自集合理论,II, § 6, no. 4。
8. 子环和商环的理想
令A A A 和A ′ A' A ′ 为A A A 的两个环、f f f 同态转化为A ′ A' A ′ 和f f f 的a a a 核。 (a) 设B ′ B' B ′ 为A ′ A' A ′ 中的子环。那么B = f − 1 ( B ′ ) B = f^{-1}(B') B = f − 1 ( B ′ ) 就是A A A 包含a a a 中的子环。如果 f f f 是满射,则当经过到 B / a B/a B / a 的商同构到 B ′ B' B ′ 时,f ( B ) = B ′ f(B) = B' f ( B ) = B ′ 和 f ∣ B f|_B f ∣ B 定义。 (b) 令 b ′ b' b ′ 为 A ′ A' A ′ 的左(或右、两侧)理想。那么b = f − 1 ( b ′ ) b = f^{-1}(b') b = f − 1 ( b ′ ) 是A A A 包含a a a 的左(或右,两侧)理想。
引用了 1 · 被以下引用 1 引用了 定理 3
被以下引用 推论
(c) *如果b ′ b' b ′ 是A ′ A' A ′ 的双面理想,则规范态射A ′ → A ′ / b ′ A' \to A'/b' A ′ → A ′ / b ′ 和f : A → A ′ f : A \to A' f : A → A ′ 定义的复合映射,当经过为商时,单射态射f ˉ \bar{f} f ˉ A / b A/b A / b 变为 A ′ / b ′ A'/b' A ′ / b ′ 。如果 f f f 是满射,f ˉ \bar{f} f ˉ 是 A / b A/b A / b 的同构到 A ′ / b ′ A'/b' A ′ / b ′ 。
(d) *假设 f f f 是满射。令 Φ \Phi Φ 为 A A A 包含 a a a 的子环(分别为左理想、右理想、双边理想)的集合。令 Φ ′ \Phi' Φ ′ 为 A ′ A' A ′ 的子环(分别为左理想、右理想、两侧理想)中的集合。 映射 B → f ( B ) B \to f(B) B → f ( B ) 和 B ′ ↦ f ˉ ( B ′ ) − 1 B' \mapsto \bar{f}(B')^{-1} B ′ ↦ f ˉ ( B ′ ) − 1 是 Φ \Phi Φ 到 Φ ′ \Phi' Φ ′ 的逆双射和Φ ′ \Phi' Φ ′ 到 Φ \Phi Φ 。
(a) 和 (b) 是显而易见的,除了 (a) 的最后一个断言是从 no. 7、定理 3 得出的。
(c) 中考虑的复合态射 g : A → A ′ → A ′ / b ′ g : A \to A' \to A'/b' g : A → A ′ → A ′ / b ′ 具有核 b b b ,因此 f ˉ \bar{f} f ˉ 是 A / b A/b A / b 到 A ′ / b ′ A'/b' A ′ / b ′ 的单射态射 (§ 8, no. 7, 定理 3)。如果 f f f 是满射,则 g g g 是满射,因此 f ˉ \bar{f} f ˉ 是满射。
假设 f f f 是满射。由上式可知,映射θ : B ′ ↦ f ˉ ( B ′ ) − 1 \theta : B' \mapsto \bar{f}(B')^{-1} θ : B ′ ↦ f ˉ ( B ′ ) − 1 等于Φ ′ \Phi' Φ ′ 中的映射变成Φ \Phi Φ 。显然,映射 η : B ↦ f ( B ) \eta : B \mapsto f(B) η : B ↦ f ( B ) 是 Φ \Phi Φ 的映射到 Φ ′ \Phi' Φ ′ 。然后θ ∘ η = I d Φ , η ∘ θ = I d Φ ′ , \theta \circ \eta = \mathrm{Id}_{\Phi}, \eta \circ \theta = \mathrm{Id}_{\Phi'}, θ ∘ η = Id Φ , η ∘ θ = Id Φ ′ , 从而(d)。
令A A A 为环,且a a a 为A A A 的双面理想。 (a) A / a A/a A / a 的每个左(或右、两侧)理想都可以唯一地写成形式 b / a b/a b / a ,其中 b b b 是 A A A 包含 a a a 的左(或右、两侧)理想。 (b) 如果b b b 是双面的,当经过与A / b A/b A / b 的商同构到( A / a ) / ( b / a ) (A/a)/(b/a) ( A / a ) / ( b / a ) 时,合成同态A → A / a → ( A / a ) / ( b / a ) A \to A/a \to (A/a)/(b/a) A → A / a → ( A / a ) / ( b / a ) 定义。
引用了 1 引用了 命题 5
它足以将应用命题 5 转换为A A A 到A / a A/a A / a 的规范态射。
9. 乘法理想
令A A A 为环以及a a a 和b b b A A A 的两侧理想。 形式x 1 y 1 + ⋯ + x n y n x_1 y_1 + \cdots + x_n y_n x 1 y 1 + ⋯ + x n y n 的元素的集合与n ≥ 0 , x i ∈ a n \geq 0, x_i \in a n ≥ 0 , x i ∈ a 和y i ∈ b y_i \in b y i ∈ b 对于1 ≤ i ≤ n 1 \leq i \leq n 1 ≤ i ≤ n ,显然是A A A 的双面理想,用a b ab ab 表示,称为双面理想的*乘积* a a a 和 b b b 。在这个乘法下,A A A 的双面理想的集合是一个幺半群,单位元是双面理想A A A 。如果a , b , c a, b, c a , b , c 是A A A 的两侧理想,则a ( b + c ) = a b + a c , ( b + c ) a = b a + c a a(b+c) = ab + ac, (b+c)a = ba + ca a ( b + c ) = ab + a c , ( b + c ) a = ba + c a 。如果 A A A 是可交换的,则乘法的理想也是可交换的。
a b ⊂ a A ⊂ a ab \subset aA \subset a ab ⊂ a A ⊂ a 和 a b ⊂ A b ⊂ b ab \subset Ab \subset b ab ⊂ A b ⊂ b ,因此
a b ⊂ a ∩ b .
ab \subset a \cap b.
ab ⊂ a ∩ b .
(21)
设a , b 1 , … , b n a, b_1, \ldots, b_n a , b 1 , … , b n 为A A A 的两侧理想。如果 A = a + b i A = a + b_i A = a + b i 对于所有 i i i ,则 A = a + b 1 b 2 … b n = a + ( b 1 ∩ b 2 ∩ ⋯ ∩ b n ) A = a + b_1 b_2 \ldots b_n = a + (b_1 \cap b_2 \cap \cdots \cap b_n) A = a + b 1 b 2 … b n = a + ( b 1 ∩ b 2 ∩ ⋯ ∩ b n ) 。
被以下引用 4 被以下引用 推论, AC III § 2 , 习题 2, § 8 , 命题 7 , 命题 9
由(21)足以证明A = a + b 1 b 2 … b n A = a + b_1 b_2 \ldots b_n A = a + b 1 b 2 … b n 。到归纳,就足以考虑n = 2 n = 2 n = 2 的情况。到假设,存在a , a ′ ∈ a , b 1 ∈ b 1 , b 2 ∈ b 2 a, a' \in a, b_1 \in b_1, b_2 \in b_2 a , a ′ ∈ a , b 1 ∈ b 1 , b 2 ∈ b 2 使得1 = a + b 1 = a ′ + b 2 1 = a + b_1 = a' + b_2 1 = a + b 1 = a ′ + b 2 。然后
1 = a ′ + ( a + b 1 ) b 2 = ( a ′ + a b 2 ) + b 1 b 2 ∈ a + b 1 b 2 ,
1 = a' + (a + b_1) b_2 = (a' + a b_2) + b_1 b_2 \in a + b_1 b_2,
1 = a ′ + ( a + b 1 ) b 2 = ( a ′ + a b 2 ) + b 1 b 2 ∈ a + b 1 b 2 , 从而
A = a + b 1 b 2 A = a + b_1 b_2 A = a + b 1 b 2 。
令b 1 , … , b n b_1, \ldots, b_n b 1 , … , b n 为A A A 的两侧理想,使得b i + b j = A b_i + b_j = A b i + b j = A 对应于i ≠ j i \neq j i = j 。然后b 1 ∩ b 2 ∩ ⋯ ∩ b n = ∑ σ ∈ S n b σ ( 1 ) b σ ( 2 ) ⋯ b σ ( n ) b_1 \cap b_2 \cap \cdots \cap b_n = \sum_{\sigma \in S_n} b_{\sigma(1)} b_{\sigma(2)} \cdots b_{\sigma(n)} b 1 ∩ b 2 ∩ ⋯ ∩ b n = ∑ σ ∈ S n b σ ( 1 ) b σ ( 2 ) ⋯ b σ ( n ) 。特别是,如果 A A A 是可交换的,则 b 1 ∩ b 2 ∩ ⋯ ∩ b n = b 1 b 2 … b n b_1 \cap b_2 \cap \cdots \cap b_n = b_1 b_2 \ldots b_n b 1 ∩ b 2 ∩ ⋯ ∩ b n = b 1 b 2 … b n (cf. 习题 2).
引用了 2 · 被以下引用 2 引用了 习题 2, § 8 , 命题 6
被以下引用 命题 10 , 命题 9
假设首先n = 2 n = 2 n = 2 。存在a 1 ∈ b 1 , a 2 ∈ b 2 a_1 \in b_1, a_2 \in b_2 a 1 ∈ b 1 , a 2 ∈ b 2 使得a 1 + a 2 = 1 a_1 + a_2 = 1 a 1 + a 2 = 1 。如果x ∈ b 1 ∩ b 2 x \in b_1 \cap b_2 x ∈ b 1 ∩ b 2 ,则x = x ( a 1 + a 2 ) = x a 1 + x a 2 ∈ b 2 b 1 + b 1 b 2 x = x(a_1 + a_2) = x a_1 + x a_2 \in b_2 b_1 + b_1 b_2 x = x ( a 1 + a 2 ) = x a 1 + x a 2 ∈ b 2 b 1 + b 1 b 2 。因此b 1 ∩ b 2 = b 1 b 2 + b 2 b 1 b_1 \cap b_2 = b_1 b_2 + b_2 b_1 b 1 ∩ b 2 = b 1 b 2 + b 2 b 1 。
假设现在对于所有整数 < n < n < n 都成立了命题的方程。 命题 6,b n + ( b 1 b 2 … b n − 1 ) = A b_n + (b_1 b_2 \ldots b_{n-1}) = A b n + ( b 1 b 2 … b n − 1 ) = A ,因此
b 1 ∩ b 2 ∩ ⋯ ∩ b n = ( b 1 ∩ b 2 ∩ ⋯ ∩ b n − 1 ) b n + b n ( b 1 ∩ b 2 ∩ ⋯ ∩ b n − 1 )
b_1 \cap b_2 \cap \cdots \cap b_n = (b_1 \cap b_2 \cap \cdots \cap b_{n-1}) b_n + b_n (b_1 \cap b_2 \cap \cdots \cap b_{n-1})
b 1 ∩ b 2 ∩ ⋯ ∩ b n = ( b 1 ∩ b 2 ∩ ⋯ ∩ b n − 1 ) b n + b n ( b 1 ∩ b 2 ∩ ⋯ ∩ b n − 1 ) = ( ∑ σ ∈ S n − 1 b σ ( 1 ) b σ ( 2 ) ⋯ b σ ( n − 1 ) ) b n
= \left( \sum_{\sigma \in S_{n-1}} b_{\sigma(1)} b_{\sigma(2)} \cdots b_{\sigma(n-1)} \right) b_n
= σ ∈ S n − 1 ∑ b σ ( 1 ) b σ ( 2 ) ⋯ b σ ( n − 1 ) b n + b n ( ∑ σ ∈ S n − 1 b σ ( 1 ) b σ ( 2 ) ⋯ b σ ( n − 1 ) )
+ b_n \left( \sum_{\sigma \in S_{n-1}} b_{\sigma(1)} b_{\sigma(2)} \cdots b_{\sigma(n-1)} \right)
+ b n σ ∈ S n − 1 ∑ b σ ( 1 ) b σ ( 2 ) ⋯ b σ ( n − 1 ) ⊂ ∑ τ ∈ S n b τ ( 1 ) b τ ( 2 ) ⋯ b τ ( n ) ⊂ b 1 ∩ b 2 ∩ ⋯ ∩ b n .
\subset \sum_{\tau \in S_n} b_{\tau(1)} b_{\tau(2)} \cdots b_{\tau(n)} \subset b_1 \cap b_2 \cap \cdots \cap b_n.
⊂ τ ∈ S n ∑ b τ ( 1 ) b τ ( 2 ) ⋯ b τ ( n ) ⊂ b 1 ∩ b 2 ∩ ⋯ ∩ b n .
10. 乘积 / 环
设( A i ) i ∈ I (A_i)_{i \in I} ( A i ) i ∈ I 是环的一个家庭。设A A A 为乘积集合∏ i ∈ I A i \prod_{i \in I} A_i ∏ i ∈ I A i 。在 A A A 加法和乘法上由公式定义
( x i ) + ( y i ) = ( x i + y i ) , ( x i ) ( y i ) = ( x i y i ) .
(x_i) + (y_i) = (x_i + y_i), \quad (x_i)(y_i) = (x_i y_i).
( x i ) + ( y i ) = ( x i + y i ) , ( x i ) ( y i ) = ( x i y i ) . 立即验证A A A 是环称为环A i A_i A i 的*乘积*,与零元素0 = ( 0 i ) i ∈ I 0 = (0_i)_{i \in I} 0 = ( 0 i ) i ∈ I ,其中0 i 0_i 0 i 是A i A_i A i 的零,并且单位 1 = ( 1 i ) i ∈ I 1 = (1_i)_{i \in I} 1 = ( 1 i ) i ∈ I ,其中 1 i 1_i 1 i 是 A i A_i A i 的单位。如果A i A_i A i 是可交换的,那么A A A 也是可交换的。如果C i C_i C i 是A i A_i A i 的中心,则A A A 的中心就是∏ i ∈ I C i \prod_{i \in I} C_i ∏ i ∈ I C i 。
对于所有i ∈ I i \in I i ∈ I ,A A A 到A i A_i A i 的投影p r i \mathrm{pr}_i pr i 是环同态。如果B B B 是环并且f i : B → A i f_i : B \to A_i f i : B → A i 是同态的族,则存在唯一同态f : B → A f : B \to A f : B → A ,使得f i = p r i ∘ f f_i = \mathrm{pr}_i \circ f f i = pr i ∘ f 对于所有i ∈ I i \in I i ∈ I ;它由f ( b ) = ( f i ( b ) ) i ∈ I f(b) = (f_i(b))_{i \in I} f ( b ) = ( f i ( b ) ) i ∈ I 给出。
对于所有i ∈ I i \in I i ∈ I ,令a i a_i a i 为A i A_i A i 的左理想。那么a = ∏ i ∈ I a i a = \prod_{i \in I} a_i a = ∏ i ∈ I a i 是A A A 的左理想。对于正理想、双面理想和子环也有类似的结果。
假设a i a_i a i 是所有i ∈ I i \in I i ∈ I 的双面理想,并让f i f_i f i 表示A i A_i A i 到A i / a i A_i / a_i A i / a i 的典范映射。那么∏ i ∈ I A i \prod_{i \in I} A_i ∏ i ∈ I A i 的映射f : ( x i ) i ∈ I ↦ ( f i ( x i ) ) i ∈ I f : (x_i)_{i \in I} \mapsto (f_i(x_i))_{i \in I} f : ( x i ) i ∈ I ↦ ( f i ( x i ) ) i ∈ I 到∏ i ∈ I ( A i / a i ) \prod_{i \in I} (A_i / a_i) ∏ i ∈ I ( A i / a i ) 的环同态等于核∏ i ∈ I a i \prod_{i \in I} a_i ∏ i ∈ I a i ,因此定义当经过与同构的商( ∏ i ∈ I A i ) / ( ∏ i ∈ I a i ) \left( \prod_{i \in I} A_i \right) / \left( \prod_{i \in I} a_i \right) ( ∏ i ∈ I A i ) / ( ∏ i ∈ I a i ) 到∏ i ∈ I ( A i / a i ) \prod_{i \in I} (A_i / a_i) ∏ i ∈ I ( A i / a i ) 。
令( I λ ) λ ∈ L (I_\lambda)_{\lambda \in L} ( I λ ) λ ∈ L 为I I I 中的划分。 ∏ i ∈ I A i \prod_{i \in I} A_i ∏ i ∈ I A i 到∏ λ ∈ L ( ∏ i ∈ I λ A i ) \prod_{\lambda \in L} \left( \prod_{i \in I_\lambda} A_i \right) ∏ λ ∈ L ( ∏ i ∈ I λ A i ) 的规范双射是环同构,根据它可以识别这两个环。
让J ⊂ I J \subset I J ⊂ I 。让e J e_J e J 表示A A A 的元素( x i ) i ∈ I (x_i)_{i \in I} ( x i ) i ∈ I ,对于i ∈ J i \in J i ∈ J 由x i = 1 i x_i = 1_i x i = 1 i 定义,对于i ∈ I − J i \in I - J i ∈ I − J 由x i = 0 i x_i = 0_i x i = 0 i 定义。那么e J e_J e J 是A A A 的中心幂等(§ 1 § 1 §1 ,no. 4)。紧接着是以下公式:
e I = 1 ; e ∅ = 0 ; e J ∩ K = e J e K for J ⊂ I , K ⊂ I ; e J ∪ K = e J + e K for J ⊂ I , K ⊂ I , J ∩ K = ∅ ; ∑ λ e J λ = 1 if ( J λ ) is a finite partition of I .
\begin{align*}
e_I &= 1; \\
e_\varnothing &= 0; \\
e_{J \cap K} &= e_J e_K & \text{for } J \subset I, K \subset I; \\
e_{J \cup K} &= e_J + e_K & \text{for } J \subset I, K \subset I, J \cap K = \varnothing; \\
\sum_\lambda e_{J_\lambda} &= 1 & \text{if } (J_\lambda) \text{ is a finite partition of } I.
\end{align*}
e I e ∅ e J ∩ K e J ∪ K λ ∑ e J λ = 1 ; = 0 ; = e J e K = e J + e K = 1 for J ⊂ I , K ⊂ I ; for J ⊂ I , K ⊂ I , J ∩ K = ∅ ; if ( J λ ) is a finite partition of I .
让A J = ∏ i ∈ J A i A_J = \prod_{i \in J} A_i A J = ∏ i ∈ J A i 。令η J \eta_J η J 为A A A 到A J A_J A J 的规范投影。对于x = ( x i ) i ∈ J ∈ A J x = (x_i)_{i \in J} \in A_J x = ( x i ) i ∈ J ∈ A J ,令ε J ( x ) \varepsilon_J(x) ε J ( x ) 为A A A 的元素( y i ) i ∈ I (y_i)_{i \in I} ( y i ) i ∈ I ,对于i ∈ J i \in J i ∈ J 由y i = x i y_i = x_i y i = x i 定义,对于i ∈ I − J i \in I - J i ∈ I − J 由y i = 0 i y_i = 0_i y i = 0 i 定义。则η J \eta_J η J 在A J A_J A J 上是A A A 环同态,ε J \varepsilon_J ε J 在A A A 上和图表上是A J A_J A J 加法群单同态
A J → ε J A → η I − J A I − J
A_J \xrightarrow{\varepsilon_J} A \xrightarrow{\eta_{I-J}} A_{I-J}
A J ε J A η I − J A I − J
η I − J \eta_{I-J} η I − J 的核a J a_J a J 等于ε J \varepsilon_J ε J 的像。那么ε J ( x x ′ ) = ε J ( x ) ε J ( x ′ ) \varepsilon_J(xx') = \varepsilon_J(x)\varepsilon_J(x') ε J ( x x ′ ) = ε J ( x ) ε J ( x ′ ) 对于所有x , x ′ ∈ A J x, x' \in A_J x , x ′ ∈ A J ;但 ε J \varepsilon_J ε J 并不是一般的环同态代表 ε J ( 1 ) = e J \varepsilon_J(1) = e_J ε J ( 1 ) = e J 。显然a J = e J A = A e J a_J = e_J A = A e_J a J = e J A = A e J 。
让e ( i ) = e i e_{(i)} = e_i e ( i ) = e i 和a i = a ( i ) = e i A = A e i a_i = a_{(i)} = e_i A = A e_i a i = a ( i ) = e i A = A e i 代表所有i ∈ I i \in I i ∈ I 。然后e i 2 = e i e_i^2 = e_i e i 2 = e i ,
e i e j = e j e i = 0
e_i e_j = e_j e_i = 0
e i e j = e j e i = 0
i ≠ j i \neq j i = j 。如果I I I 是有限的,则∑ i ∈ I e i = 1 \sum_{i \in I} e_i = 1 ∑ i ∈ I e i = 1 、加法群、A A A 是双面理想a i a_i a i 的直和,并且如果x ∈ A x \in A x ∈ A 其在a i a_i a i 中的分量是x e i x e_i x e i 。立即推导出以下命题。
11. 直接分解 / 环
设A A A 为环和( b i ) i ∈ I (b_i)_{i \in I} ( b i ) i ∈ I ,A A A 的双面理想族。我们会拨打同态
x ↦ ( ϕ i ( x ) ) i ∈ I ,
x \mapsto (\phi_i(x))_{i \in I},
x ↦ ( ϕ i ( x ) ) i ∈ I ,
其中ϕ i \phi_i ϕ i 是A A A 的典范同态到A / b i A/b_i A / b i ,典范同态到A A A 到∏ i ∈ I ( A / b i ) \prod_{i \in I} (A/b_i) ∏ i ∈ I ( A / b i ) 。
令A A A 为环和( b 1 , … , b n ) (b_1, \ldots, b_n) ( b 1 , … , b n ) A A A 的两侧理想,使得b i + b j = A b_i + b_j = A b i + b j = A 为i ≠ j i \neq j i = j 。 A A A 到∏ i = 1 n ( A / b i ) \prod_{i=1}^n (A/b_i) ∏ i = 1 n ( A / b i ) 的典范同态是核⋂ i = 1 n b i = ∑ σ ∈ S n b σ ( 1 ) b σ ( 2 ) ⋯ b σ ( n ) . \bigcap_{i=1}^n b_i = \sum_{\sigma \in S_n} b_{\sigma(1)} b_{\sigma(2)} \cdots b_{\sigma(n)}. ⋂ i = 1 n b i = ∑ σ ∈ S n b σ ( 1 ) b σ ( 2 ) ⋯ b σ ( n ) . 的满射
引用了 2 · 被以下引用 5 引用了 命题 6 , 命题 7
被以下引用 命题 10 , 命题 11 , 推论 1, V § 15 , 命题 4, VII § 1 , 命题 3, VIII § 8
显然核是⋂ i = 1 n b i \bigcap_{i=1}^n b_i ⋂ i = 1 n b i 。为了证明满射性,有必要证明,对于A A A 的元素的每个族( x i ) 1 ≤ i ≤ n (x_i)_{1 \leq i \leq n} ( x i ) 1 ≤ i ≤ n ,都存在x ∈ A x \in A x ∈ A ,使得对于所有1 ≤ i ≤ n 1 \leq i \leq n 1 ≤ i ≤ n 都有x ≡ x i ( b i ) x \equiv x_i (b_i) x ≡ x i ( b i ) 。我们通过归纳在I I I 的基数n n n 上证明断言,情况n ≤ 1 n \leq 1 n ≤ 1 是微不足道的。到归纳假设,存在y ∈ A y \in A y ∈ A ,使得y ≡ x i ( b i ) y \equiv x_i (b_i) y ≡ x i ( b i ) 对应于1 ≤ i ≤ n − 1 1 \leq i \leq n-1 1 ≤ i ≤ n − 1 。我们寻找形式 y + z y + z y + z 和 z ∈ A z \in A z ∈ A 的 x x x 。 i < n i < n i < n 必然需要z ≡ 0 ( b i ) z \equiv 0 (b_i) z ≡ 0 ( b i ) ,即z ∈ b = ⋂ i = 1 n − 1 b i z \in b = \bigcap_{i=1}^{n-1} b_i z ∈ b = ⋂ i = 1 n − 1 b i ,另一方面z ≡ x n − y ( b n ) z \equiv x_n - y (b_n) z ≡ x n − y ( b n ) 。现在b n + b = A b_n + b = A b n + b = A 由no. 9、命题6、从而存在z z z 。最后,核的第二个表达式是从no. 9、命题7得出的。
令A A A 为环。 A A A 双面理想的有限族( b i ) i ∈ I (b_i)_{i \in I} ( b i ) i ∈ I ,使得A A A 的典范同态进入∏ i ∈ I ( A / b i ) \prod_{i \in I} (A/b_i) ∏ i ∈ I ( A / b i ) 是同构,称为A A A 的直接分解。
被以下引用 1 被以下引用 VII § 2. 。 挠元模超过主理想整环
令A A A 为环,A ′ A' A ′ 其中心和( b i ) i ∈ I (b_i)_{i \in I} ( b i ) i ∈ I 为A A A 的两侧理想的有限族。以下条件是等效的:
(a) 家庭( b i ) i ∈ I (b_i)_{i \in I} ( b i ) i ∈ I 是A A A 的直接分解; (b) 存在A ′ A' A ′ 的幂等族( e i ) i ∈ I (e_i)_{i \in I} ( e i ) i ∈ I ,使得e i e j = 0 e_i e_j = 0 e i e j = 0 对应i ≠ j i \neq j i = j ,1 = ∑ i ∈ I e i 1 = \sum_{i \in I} e_i 1 = ∑ i ∈ I e i ,b i = A ( 1 − e i ) b_i = A(1 - e_i) b i = A ( 1 − e i ) 对应i ∈ I i \in I i ∈ I ; (c) b i + b j = A b_i + b_j = A b i + b j = A 代表 i ≠ j i \neq j i = j 和 ⋂ i ∈ I b i = { 0 } \bigcap_{i \in I} b_i = \{0\} ⋂ i ∈ I b i = { 0 } ; (d) b i + b j = A b_i + b_j = A b i + b j = A 对应i ≠ j i \neq j i = j ,∏ i ∈ I b i = { 0 } \prod_{i \in I} b_i = \{0\} ∏ i ∈ I b i = { 0 } 对应I I I 的总阶; (e) 存在 A ′ A' A ′ 的直接分解 ( b i ′ ) i ∈ I (b'_i)_{i \in I} ( b i ′ ) i ∈ I ,使得 b i = A b i ′ b_i = A b'_i b i = A b i ′ 对应 i ∈ I i \in I i ∈ I 。
引用了 2 · 被以下引用 3 引用了 命题 7 , 命题 9
被以下引用 注 , 引理 8, VIII § 16 , 推论, VIII § 8
(a) ⇒ \Rightarrow ⇒ (b)。如果条件(a)成立,则A A A 可与环∏ i ∈ I ( A / b i ) \prod_{i \in I} (A/b_i) ∏ i ∈ I ( A / b i ) 等同,而b i b_i b i 可与核等同于p r i \mathrm{pr}_i pr i 。 e i e_i e i 的存在性具有 (b) 中的属性,然后从 no. 10 得出。
(b) ⇒ \Rightarrow ⇒ (d)。假设 e i e_i e i 存在且具有 (b) 中的性质。对于 i ≠ j i \neq j i = j 、1 − e i ∈ b i , e i = e i ( 1 − e j ) ∈ b j 1 - e_i \in b_i, \ e_i = e_i(1 - e_j) \in b_j 1 − e i ∈ b i , e i = e i ( 1 − e j ) ∈ b j ,因此为 1 ∈ b i + b j 1 \in b_i + b_j 1 ∈ b i + b j 和 A = b i + b j A = b_i + b_j A = b i + b j 。另一方面,如果 I 被赋予全序并且 ( x i ) i ∈ I (x_i)_{i \in I} ( x i ) i ∈ I 是 A 的元素族,那么,由于 e i e_i e i 是中心,
∏ i ∈ I x i ( 1 − e i ) = ( ∏ i ∈ I x i ) ( ∏ i ∈ I ( 1 − e i ) ) = ( ∏ i ∈ I x i ) ( 1 − ∏ i ∈ I e i ) = 0
\prod_{i \in I} x_i (1 - e_i) = \left( \prod_{i \in I} x_i \right) \left( \prod_{i \in I} (1 - e_i) \right) = \left( \prod_{i \in I} x_i \right) \left( 1 - \prod_{i \in I} e_i \right) = 0
i ∈ I ∏ x i ( 1 − e i ) = ( i ∈ I ∏ x i ) ( i ∈ I ∏ ( 1 − e i ) ) = ( i ∈ I ∏ x i ) ( 1 − i ∈ I ∏ e i ) = 0
因此∏ i ∈ I b i = { 0 } \prod_{i \in I} b_i = \{0\} ∏ i ∈ I b i = { 0 } 。
(d) ⇒ \Rightarrow ⇒ (c)。这是从 no. 9、命题 7 得出的。
(c) ⇒ \Rightarrow ⇒ (a)。这是从命题 9 得出的。
因此条件 (a), (b), (c) 和 (d) 是等价的。假设他们持有。到 (b) ⇒ \Rightarrow ⇒ (a) 时,b i ′ = A ′ ( 1 − e i ) b'_i = A'(1 - e_i) b i ′ = A ′ ( 1 − e i ) 的族是 A ′ A' A ′ 的直系分解。然后 b i = A ( 1 − e i ) = A b i ′ b_i = A(1 - e_i) = Ab'_i b i = A ( 1 − e i ) = A b i ′ 对于所有 i ∈ I i \in I i ∈ I 。因此条件(e)成立。
最后,假设条件 (e) 成立。通过(a)⇒ \Rightarrow ⇒ (b),存在A ′ A' A ′ 幂等族( e i ) i ∈ I (e_i)_{i \in I} ( e i ) i ∈ I ,使得e i e j = 0 e_i e_j = 0 e i e j = 0 对应i ≠ j i \neq j i = j ,1 = ∑ i ∈ I e i 1 = \sum_{i \in I} e_i 1 = ∑ i ∈ I e i 和b i ′ = A ′ ( 1 − e i ) b'_i = A'(1 - e_i) b i ′ = A ′ ( 1 − e i ) 对应i ∈ I i \in I i ∈ I 。那么 b i = A b i ′ = A ( 1 − e i ) b_i = Ab'_i = A(1 - e_i) b i = A b i ′ = A ( 1 − e i ) 对应 i ∈ I i \in I i ∈ I ,因此条件 (b) 成立。
理想和商环*Z \mathbf{Z} Z
Z \mathbf{Z} Z 的理想是Z \mathbf{Z} Z 的子群的加法,因此形式n . Z n.\mathbf{Z} n . Z 与n ⩾ 0 n \geqslant 0 n ⩾ 0 的加法;相反,对于每个整数n ⩾ 0 n \geqslant 0 n ⩾ 0 ,集合n . Z n.\mathbf{Z} n . Z 都是一个理想,即主理想( n ) (n) ( n ) 。因此,Z \mathbf{Z} Z 的每个理想都是主要的,并且在形式n Z n\mathbf{Z} n Z 和n ⩾ 0 n \geqslant 0 n ⩾ 0 中唯一地表示。理想的( 1 ) (1) ( 1 ) 等于Z \mathbf{Z} Z ,理想的( 0 ) (0) ( 0 ) 由0组成,与Z \mathbf{Z} Z 和{ 0 } \{0\} { 0 } 不同的理想因此为形式n Z n\mathbf{Z} n Z 和n > 1 n > 1 n > 1 。如果m ⩾ 1 m \geqslant 1 m ⩾ 1 和n ⩾ 1 n \geqslant 1 n ⩾ 1 ,m Z ⊃ n Z m\mathbf{Z} \supset n\mathbf{Z} m Z ⊃ n Z 当且仅当n ∈ m . Z n \in m.\mathbf{Z} n ∈ m . Z ,即m m m 除n n n 。因此,要使理想的n Z n\mathbf{Z} n Z 极大,不存在不同于n n n 并除以n n n 的整数m > 1 m > 1 m > 1 是充分必要的;在其他字中,*Z \mathbf{Z} Z 的最大理想是形式*p Z p\mathbf{Z} p Z *其中*p p p *是素数数*(§ 4, no. 10,定义16)。
令m m m 和n n n 为两个整数⩾ 1 \geqslant 1 ⩾ 1 。理想m Z + n Z m\mathbf{Z} + n\mathbf{Z} m Z + n Z 为主,从而有整数d ⩾ 1 d \geqslant 1 d ⩾ 1 ,以d Z = m Z + n Z d\mathbf{Z} = m\mathbf{Z} + n\mathbf{Z} d Z = m Z + n Z 为特征;对于每个整数 r \geqslant 1,关系“r 除 d”相当于r Z ⊃ d Z r\mathbf{Z} \supset d\mathbf{Z} r Z ⊃ d Z ,因此相当于“r Z ⊃ m Z r\mathbf{Z} \supset m\mathbf{Z} r Z ⊃ m Z 和r Z ⊃ n Z r\mathbf{Z} \supset n\mathbf{Z} r Z ⊃ n Z ”,即“r 除 m和n”。由此可见,m和n的公共的除子是d的除子,d对于m和n来说是除子⩾ 1 \geqslant 1 ⩾ 1 公共的的*最大的*; d 称为 m 和 n 的 最大的公共的除子 (缩写为 g.c.d.)。作为d Z = m Z + n Z d\mathbf{Z} = m\mathbf{Z} + n\mathbf{Z} d Z = m Z + n Z ,存在两个整数 x 和y,使得d = m x + n y d = mx + ny d = m x + n y 。如果 m 和 n 的 g.c.d. 则被称为“互质”。等于 1。假设存在整数 x 和 y,且m x + n y = 1 mx + ny = 1 m x + n y = 1 也同样存在。
理想m Z m\mathbf{Z} m Z 和n Z n\mathbf{Z} n Z 的交对于包含m n mn mn 来说是非零的,因此是形式r Z r\mathbf{Z} r Z 和r ⩾ 1 r \geqslant 1 r ⩾ 1 。 Arguing as above, it is seen that the multiples of r are the common multiples of m and n and that r is the least of the integers ⩾ 1 \geqslant 1 ⩾ 1 which are common multiples of m and n; it is called the least common multiple (l.c.m.) of m and n.
对于x 1 , … , y r ∈ Z x_1, \ldots, y_r \in \mathbf{Z} x 1 , … , y r ∈ Z ,理想m Z m\mathbf{Z} m Z 和n Z n\mathbf{Z} n Z 的乘积是∑ i = 1 r m x i n y i = m n ( ∑ i = 1 r x i y i ) \sum_{i=1}^{r} mx_i ny_i = mn \left( \sum_{i=1}^{r} x_i y_i \right) ∑ i = 1 r m x i n y i = mn ( ∑ i = 1 r x i y i ) 的集合,因此等于m n Z mn\mathbf{Z} mn Z 。
对于每个整数n ⩾ 1 n \geqslant 1 n ⩾ 1 ,商环Z / n Z \mathbf{Z}/n\mathbf{Z} Z / n Z 被称为整数模n*的*环;它有 n 个元素,即类对整数 0, 1, 2, ..., n − 1 n - 1 n − 1 的模 n。对于n = 1 n = 1 n = 1 ,我们得到零环。
引用了 1 引用了 定义 16, I § 4
设n 1 , … , n d n_1, \ldots, n_d n 1 , … , n d 为整数⩾ 1 \geqslant 1 ⩾ 1 ,它们在对和n = n 1 … n r n = n_1 \ldots n_r n = n 1 … n r 互质。 Z \mathbf{Z} Z 的典范同态进入乘积环∏ i = 1 r Z / n i Z \prod_{i=1}^{r} \mathbf{Z}/n_i\mathbf{Z} ∏ i = 1 r Z / n i Z 是核n Z n\mathbf{Z} n Z 和Z / n Z \mathbf{Z}/n\mathbf{Z} Z / n Z 的定义环同构到∏ i = 1 r Z / n i Z \prod_{i=1}^{r} \mathbf{Z}/n_i\mathbf{Z} ∏ i = 1 r Z / n i Z 的满射。
引用了 2 · 被以下引用 1 引用了 命题 9 , VII § 1. 。 主理想整环
被以下引用 V § 12. 。 有限域
让a i = n i Z a_i = n_i\mathbf{Z} a i = n i Z 换成i = 1 , … , r i = 1, \ldots, r i = 1 , … , r 。 假设,a i + a j = Z a_i + a_j = \mathbf{Z} a i + a j = Z i ≠ j i \neq j i = j 。然后从命题 9 得出命题。
上述结果以及有关分解到素数因子的结果,将推广到致力于研究主理想整环的章 VII, § 1 和致力于研究阶乘域的 交换代数 、章 VII, § 3 中。
12. 环 / 分数
设 A 为 A 的交换环,S 子集。设 A S A_S A S 为 A 的分数的幺半群(仅提供乘法),分母为 S (§ 2, no. 4)。让 ε : A → A S \varepsilon : A \to A_S ε : A → A S 成为规范的态射。在A S A_S A S 上存在且仅有一个加法满足以下条件: (a) A S A_S A S ,加上这个加法及其乘法,就是交换环; (b) ε \varepsilon ε 为环同态。
引用了 1 · 被以下引用 1 引用了 I § 2. 。 单位元素;可取消元素; 可逆元
被以下引用 定义 8
假设已经为 A S A_S A S 满足条件 (a) 和 (b) 找到了加法。
让x , y ∈ A S x, y \in A_S x , y ∈ A S 。令S ′ S' S ′ 为S S S 生成的A A A 的稳定乘法子幺半群。存在a , b ∈ A a, b \in A a , b ∈ A 和p , q ∈ S ′ p, q \in S' p , q ∈ S ′ 使得x = a / p , y = b / q x = a/p, y = b/q x = a / p , y = b / q 。然后
x = ε ( a q ) ε ( p q ) − 1 , y = ε ( b p ) ε ( p q ) − 1 ,
x = \varepsilon(aq)\varepsilon(pq)^{-1}, \quad y = \varepsilon(bp)\varepsilon(pq)^{-1},
x = ε ( a q ) ε ( pq ) − 1 , y = ε ( b p ) ε ( pq ) − 1 ,
从而
(23)
x + y = ( ε ( a q ) + ε ( b p ) ) ε ( p q ) − 1 = ε ( a q + b p ) ε ( p q ) − 1 = ( a q + b p ) / p q .
\begin{align*}
x + y &= (\varepsilon(aq) + \varepsilon(bp))\varepsilon(pq)^{-1} \\
&= \varepsilon(aq + bp)\varepsilon(pq)^{-1} \\
&= (aq + bp)/pq.
\end{align*}
x + y = ( ε ( a q ) + ε ( b p )) ε ( pq ) − 1 = ε ( a q + b p ) ε ( pq ) − 1 = ( a q + b p ) / pq .
这就证明了唯一性或加法。
我们现在*定义* 加法于A S A_S A S 由设定x + y = ( a q + b p ) / p q x + y = (aq + bp)/pq x + y = ( a q + b p ) / pq 。有必要证明这个定义不依赖于a , b , p , q a, b, p, q a , b , p , q 的选择。现在,如果a ′ , b ′ ∈ A , p ′ , q ′ ∈ S ′ a', b' \in A, p', q' \in S' a ′ , b ′ ∈ A , p ′ , q ′ ∈ S ′ 使得x = a ′ / p ′ , y = b ′ / q ′ x = a'/p', y = b'/q' x = a ′ / p ′ , y = b ′ / q ′ ,则S ′ S' S ′ 中存在s s s 和t t t 使得a p ′ s = a ′ p s , b q ′ t = b ′ q t ap's = a'ps, bq't = b'qt a p ′ s = a ′ p s , b q ′ t = b ′ q t ,从而
( a q + b p ) ( p ′ q ′ ) ( s t ) = ( a ′ q ′ + b ′ p ′ ) ( p q ) ( s t )
(aq + bp)(p'q')(st) = (a'q' + b'p')(pq)(st)
( a q + b p ) ( p ′ q ′ ) ( s t ) = ( a ′ q ′ + b ′ p ′ ) ( pq ) ( s t )
因此
( a q + b p ) / p q = ( a ′ q ′ + b ′ p ′ ) / p ′ q ′ .
(aq + bp)/pq = (a'q' + b'p')/p'q'.
( a q + b p ) / pq = ( a ′ q ′ + b ′ p ′ ) / p ′ q ′ .
很容易验证A S A_S A S 中的加法是结合律和交换律,对于加法来说0 / 1 0/1 0/1 是单位元素,( − a ) / p (-a)/p ( − a ) / p 是a / p a/p a / p 的负数,对于所有x , y , z ∈ A S x, y, z \in A_S x , y , z ∈ A S 来说x ( y + z ) = x y + x z x(y + z) = xy + xz x ( y + z ) = x y + x z 。如果a , b ∈ A a, b \in A a , b ∈ A ,那么
ε ( a + b ) = ( a + b ) / 1 = a / 1 + b / 1 = ε ( a ) + ε ( b )
\varepsilon(a + b) = (a + b)/1 = a/1 + b/1 = \varepsilon(a) + \varepsilon(b)
ε ( a + b ) = ( a + b ) /1 = a /1 + b /1 = ε ( a ) + ε ( b )
因此 ε \varepsilon ε 是环同态。
在定理 4 中定义的环称为分数的环,与S S S 相关,或与S S S 中的分母相关,并用A [ S − 1 ] A[S^{-1}] A [ S − 1 ] 表示。
引用了 2 引用了 定理 4 , 命题 6, I § 2
A [ S − 1 ] A[S^{-1}] A [ S − 1 ] 的零是0 / 1 0/1 0/1 ,A [ S − 1 ] A[S^{-1}] A [ S − 1 ] 的单位是1 / 1 1/1 1/1 。
我们将回到*交换代数*、章II, § 2中A [ S − 1 ] A[S^{-1}] A [ S − 1 ] 的属性。
若S S S 为A A A 可取消元素集合,环A [ S − 1 ] A[S^{-1}] A [ S − 1 ] 称为A A A 的分数总环。然后通过映射 ε \varepsilon ε 将A A A 与A [ S − 1 ] A[S^{-1}] A [ S − 1 ] 的子环进行识别,然后它是单射的 (I, § 2, no. 4, 命题 6)。
设A A A 为A A A 的交换环、S S S 子集、B B B 环和A A A 的f f f 同态到B B B ,使得每个f ( S ) f(S) f ( S ) 的元素是可逆的。 A [ S − 1 ] A[S^{-1}] A [ S − 1 ] 中存在且仅有一个 f ˉ \bar{f} f ˉ 进入B B B ,使得 f = f ˉ ∘ ε f = \bar{f} \circ \varepsilon f = f ˉ ∘ ε 。
引用了 1 · 被以下引用 1 引用了 定理 1, I § 2
被以下引用 命题 3, I § 9
我们知道(§ 2, no. 4,定理 1),乘法幺半群A [ S − 1 ] A[S^{-1}] A [ S − 1 ] 到乘法幺半群B B B 之间存在且仅有一个态射f ˉ \bar{f} f ˉ 使得f = f ˉ ∘ ε f = \bar{f} \circ \varepsilon f = f ˉ ∘ ε 。令a , b ∈ A , p , q ∈ S ′ a, b \in A, p, q \in S' a , b ∈ A , p , q ∈ S ′ (由S S S 生成的A A A 的稳定乘法子幺半群)。由于f ( A ) f(A) f ( A ) 的元素在对通勤,
f ˉ ( a / p + b / q ) = f ˉ ( ( a q + b p ) / p q ) = f ( a q + b p ) f ( p q ) − 1 = ( f ( a ) f ( q ) + f ( b ) f ( p ) ) f ( p ) − 1 f ( q ) − 1 = f ( a ) f ( p ) − 1 + f ( b ) f ( q ) − 1 = f ˉ ( a / p ) + f ˉ ( b / q ) .
\bar{f}(a/p + b/q) = \bar{f}((aq + bp)/pq) = f(aq + bp)f(pq)^{-1}
= (f(a)f(q) + f(b)f(p))f(p)^{-1}f(q)^{-1}
= f(a)f(p)^{-1} + f(b)f(q)^{-1}
= \bar{f}(a/p) + \bar{f}(b/q).
f ˉ ( a / p + b / q ) = f ˉ (( a q + b p ) / pq ) = f ( a q + b p ) f ( pq ) − 1 = ( f ( a ) f ( q ) + f ( b ) f ( p )) f ( p ) − 1 f ( q ) − 1 = f ( a ) f ( p ) − 1 + f ( b ) f ( q ) − 1 = f ˉ ( a / p ) + f ˉ ( b / q ) . 因此
f ˉ \bar{f} f ˉ 是环同态。
习题
参见习题为 § 8 。