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§ 4。正式幂级数
1. 正式幂级数的定义。 阶
设I为集合。我们回想一下(III、p. 454 和 456),A 上幺半群 N ( I ) N^{(I)} N ( I ) 的总代数被称为形式幂级数的 代数相对于不定数 X i ( i ∈ I ) X_i \ (i \in I) X i ( i ∈ I ) (或在不定数 X i X_i X i ) 系数在 A中。用A [ [ X i ] ] i ∈ I A[[X_i]]_{i \in I} A [[ X i ] ] i ∈ I 或A [ [ ( ( X i ) i ∈ I ] ] A[[((X_i)_{i \in I}]] A [[(( X i ) i ∈ I ]] 或A [ [ X ] ] A[[X]] A [[ X ]] 表示,其中用X家族( X i ) i ∈ I (X_i)_{i \in I} ( X i ) i ∈ I 表示:在本段中我们将主要使用记号A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 。 有时在I的元素i的A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 中用X i X_i X i 以外的符号来指定典范像比较方便,对于例Y i , Z i , T i , … Y_i, Z_i, T_i, \ldots Y i , Z i , T i , … ;本例中使用的约定类似于多项式的约定 (IV, p. 1)。 代数A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 则由A [ [ Y i ] ] i ∈ I A[[Y_i]]_{i \in I} A [[ Y i ] ] i ∈ I 或A [ [ Y ] ] A[[Y]] A [[ Y ]] 等指定。
当I是p 元素的有限集合时,我们也说A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 是p不定式中形式幂级数的代数。对于固定 p,这些代数都是同构的。 1, 2, ... 不确定中的正式幂级数的代数也将由未指定的指标的 A [ [ X ] ] A[[X]] A [[ X ]] , A [ [ U , V ] ] A[[U, V]] A [[ U , V ]] , ..., 集合 I 表示。
正式的幂级数 u 通常写作 u = ∑ ν ∈ N ( I ) a ν X ν u = \sum_{\nu \in N^{(I)}} a_\nu X^\nu u = ∑ ν ∈ N ( I ) a ν X ν (cf. IV, p. 1)。
α ν \alpha_\nu α ν 是u u u 的*系数*;它们可能有无限多个≠ 0 \neq 0 = 0 。 a ν X ν a_\nu X^\nu a ν X ν 称为u u u 的*项*;要使 u 成为多项式,u u u 应仅具有项 ≠ 0 \neq 0 = 0 的有限数是必要且充分的。 项 a ν X ν a_\nu X^\nu a ν X ν 使得 |ν| = p 称为总计次数 p 中的项。形式上的幂级数u p = ∑ ∣ ν ∣ = p α ν X ν u_p = \sum_{|\nu|=p} \alpha_\nu X^\nu u p = ∑ ∣ ν ∣ = p α ν X ν 称为u的次数*p的*齐次分量(当I有限时它是一个多项式); u 0 u_0 u 0 与 A 的元素相同,也称为 u 的*常数项*。如果 u = u p u = u_p u = u p ,我们说 u 是次数 p 的齐次。如果u , v ∈ A [ [ I ] ] u, v \in \mathbf{A}[[\mathrm{I}]] u , v ∈ A [[ I ]] 和w = u v w = uv w = uv ,我们有
(1)
w p = ∑ q + r = p u q v r
w_p = \sum_{q+r=p} u_q v_r
w p = q + r = p ∑ u q v r 对于每个整数 p ≥ 0 p \geq 0 p ≥ 0 。
我们记得(III,p. 456),正式的幂级数u ≠ 0 u \neq 0 u = 0 的*阶*ω ( u ) \omega(u) ω ( u ) 是使得u p ≠ 0 u_p \neq 0 u p = 0 最小的整数p。 We shall agree to adjoin to Z an element written ∞ \infty ∞ and extend the order relation and addition from Z to Z ∪ { ∞ } Z \cup \{\infty\} Z ∪ { ∞ } by the conventions
n < ∞ , ∞ + ∞ = ∞ , ∞ + n = n + ∞ = ∞
n < \infty,\quad \infty + \infty = \infty,\quad \infty + n = n + \infty = \infty
n < ∞ , ∞ + ∞ = ∞ , ∞ + n = n + ∞ = ∞ for every n ∈ Z n \in Z n ∈ Z ; we also put ω ( 0 ) = ∞ \omega(0) = \infty ω ( 0 ) = ∞ . 根据这些约定,我们有关系 ω ( u + v ) ≥ inf ( ω ( u ) , ω ( v ) ) , ω ( u + v ) = inf ( ω ( u ) , ω ( v ) ) if ω ( u ) ≠ ω ( v ) , ω ( u v ) ≥ ω ( u ) + ω ( v ) ,
\begin{align*}
\omega(u+v) &\geq \inf(\omega(u), \omega(v)), \\
\omega(u+v) &= \inf(\omega(u), \omega(v)) \text{ if } \omega(u) \neq \omega(v), \\
\omega(uv) &\geq \omega(u) + \omega(v),
\end{align*}
ω ( u + v ) ω ( u + v ) ω ( uv ) ≥ inf ( ω ( u ) , ω ( v )) , = inf ( ω ( u ) , ω ( v )) if ω ( u ) = ω ( v ) , ≥ ω ( u ) + ω ( v ) , 对于 A [ [ I ] ] \mathbf{A}[[\mathrm{I}]] A [[ I ]] 中的任何正式幂级数 u u u 和 v v v 。
我们记得(III,p. 457),对于I的任何子集J,我们将认同A [ [ I ] ] \mathbf{A}[[\mathrm{I}]] A [[ I ]] 与A [ [ I − J ] ] [ [ J ] ] \mathbf{A}[[\mathrm{I}-J]] [[\mathrm{J}]] A [[ I − J ]] [[ J ]] ,这允许我们对正式的幂进行定义阶ω J ( u ) \omega_J(u) ω J ( u ) 级数相对于X j X_j X j (j ∈ J j \in J j ∈ J ),u u u 相对于X j X_j X j (j ∈ J j \in J j ∈ J )的齐次分量等。
让φ \varphi φ 是A的同态到环B。我们通过让每个正式的幂级数u = ∑ α ν X ν u = \sum \alpha_\nu X^\nu u = ∑ α ν X ν 将A [ [ I ] ] \mathbf{A}[[\mathrm{I}]] A [[ I ]] 的扩展φ \varphi φ 到同态φ ‾ \overline{\varphi} φ 进B [ [ I ] ] B[[\mathrm{I}]] B [[ I ]] 对应到正式幂级数 ∑ φ ( α ν ) X ν \sum \varphi(\alpha_\nu) X^\nu ∑ φ ( α ν ) X ν ;我们说后者是通过 应用 φ \varphi φ 到形式幂级数 u 的系数获得的。我们将有时写为φ u ^\varphi u φ u 代替φ ‾ ( u ) \overline{\varphi}(u) φ ( u ) 。
特别是,如果 A 是 B 的子环且 A 的 φ \varphi φ 典范嵌入进入 B,则 A [ [ I ] ] \mathbf{A}[[\mathrm{I}]] A [[ I ]] 的同态 φ ‾ \overline{\varphi} φ 进入 B [ [ I ] ] B[[\mathrm{I}]] B [[ I ]] 是单射的;我们通常将认同A [ [ I ] ] \mathbf{A}[[\mathrm{I}]] A [[ I ]] 与B [ [ I ] ] B[[\mathrm{I}]] B [[ I ]] 的子环乘以φ ‾ \overline{\varphi} φ 。
2. 拓扑于正式幂级数的集合。可求和族
定义A [ [ I ] ] \mathbf{A}[[\mathrm{I}]] A [[ I ]] 无非是乘积集合A N ( I ) \mathbf{A}^{N^{(I)}} A N ( I ) 。除非明确指出相反,我们将为 A 配备离散的拓扑和 A [ [ I ] ] \mathbf{A}[[\mathrm{I}]] A [[ I ]] 乘积拓扑(Gen. Top.I,p. 31 f.),我们将其称为规范的拓扑。配备加法和离散的拓扑,A A A 是一个分离且完整的拓扑群;因此加法A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 是一个分离且完整的拓扑群(Gen.Top.,III,p. 238和242以及Gen.Top.,II,p. 187)。此外,多项式的代数A [ ( X i ) i ∈ I ] A[(X_i)_{i \in I}] A [( X i ) i ∈ I ] 在A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] (Gen.Top.,III p. 238,Prop,25)中是稠密的,因此我们可以将A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 视为A [ ( X i ) i ∈ I ] A[(X_i)_{i \in I}] A [( X i ) i ∈ I ] 的完成。
对于每个β ∈ N ( I ) \beta \in \mathbf{N}^{(I)} β ∈ N ( I ) ,令S β S_\beta S β 为多索引ν \nu ν 的集合,使得ν ≤ β \nu \leq \beta ν ≤ β ,并令a β a_\beta a β 为正式幂级数u = ∑ α ν X ν u = \sum \alpha_\nu X^\nu u = ∑ α ν X ν 的集合,使得a ν = 0 a_\nu = 0 a ν = 0 换ν ∈ S β \nu \in S_\beta ν ∈ S β 。显然,S β S_\beta S β 是N ( I ) \mathbf{N}^{(I)} N ( I ) 的有限子集,N ( I ) \mathbf{N}^{(I)} N ( I ) 的每个有限子集都包含在形式S β S_\beta S β 的集合中。由此可见,族( a β ) β ∈ N ( I ) (a_\beta)_{\beta \in \mathbf{N}^{(I)}} ( a β ) β ∈ N ( I ) 是A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 中0的邻域的基本系统。 集合 a β a_\beta a β 是 A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 中的理想,因此 (Gen. Top., III, p. 275) A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 是拓扑环。
令L L L 为无限集合,( u λ ) λ ∈ L (u_\lambda)_{\lambda \in L} ( u λ ) λ ∈ L 为A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 的元素的族,并把u λ = ∑ α λ , ν X ν u_\lambda = \sum \alpha_{\lambda,\nu} X^\nu u λ = ∑ α λ , ν X ν 代为λ ∈ L \lambda \in L λ ∈ L 。那么下面的条件是等价的: (i) 族 ( u λ ) λ ∈ L (u_\lambda)_{\lambda \in L} ( u λ ) λ ∈ L 可在 A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 中求和(Gen. Top., III, p. 262)。 (ii) 我们有lim u λ = 0 \lim u_\lambda = 0 lim u λ = 0 ,通过有限子集的补集*过滤*L L L 。 (iii) 对于每个ν ∈ N ( I ) \nu \in \mathbf{N}^{(I)} ν ∈ N ( I ) ,我们都有α λ , ν = 0 \alpha_{\lambda,\nu} = 0 α λ , ν = 0 ,除了指标λ ∈ L \lambda \in L λ ∈ L 的*有限*数。
引用了 2 引用了 TG III § 5. 可交换的无限和群 , 命题 4, TG III § 5
当这些条件成立时,级数u = ∑ λ ∈ L u λ u = \sum_{\lambda \in L} u_\lambda u = ∑ λ ∈ L u λ 等于∑ α ν X ν \sum \alpha_\nu X^\nu ∑ α ν X ν ,每个ν ∈ N ( I ) \nu \in \mathbf{N}^{(I)} ν ∈ N ( I ) 等于a ν = ∑ λ ∈ L α λ , ν a_\nu = \sum_{\lambda \in L} \alpha_{\lambda,\nu} a ν = ∑ λ ∈ L α λ , ν 。
(i) 和 (ii) 的等价由 Cor 得出。 Gen. Top. 2,III,p. 263。 (ii) 和 (iii) 的等价由乘积空间中极限的性质得出(Gen. Top., I, p. 55, Cor. 1)。 最后一个断言源自 Gen. Top. 的第 4 条命题,III、p. 266。
让我们给出一些例个可求和族。 a) 令u ∈ A [ [ I ] ] u \in A[[I]] u ∈ A [[ I ]] 和a ν a_\nu a ν 为X ν X^\nu X ν 在u u u 中的系数。然后,族 ( α ν X ν ) ν ∈ N ( I ) (\alpha_\nu X^\nu)_{\nu \in \mathbf{N}^{(I)}} ( α ν X ν ) ν ∈ N ( I ) 可以与和 u u u 相加(这证明了写作 u = ∑ α ν X ν u = \sum \alpha_\nu X^\nu u = ∑ α ν X ν 的合理性)。
b) 设 u ∈ A [ [ I ] ] u \in A[[I]] u ∈ A [[ I ]] ;对于每个整数p ≥ 0 p \geq 0 p ≥ 0 ,令u p u_p u p 为u u u 的次数p p p 的齐次分量。那么家庭( u p ) p ≥ 0 (u_p)_{p \geq 0} ( u p ) p ≥ 0 是可求和的,我们有u = ∑ p ≥ 0 u p u = \sum_{p \geq 0} u_p u = ∑ p ≥ 0 u p 。
c) 令( u λ ) λ ∈ L (u_\lambda)_{\lambda \in L} ( u λ ) λ ∈ L 为A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 的元素族,并假设对于λ ∈ L \lambda \in L λ ∈ L 的每个整数n ≥ 0 n \geq 0 n ≥ 0 集合,使得ω ( u λ ) < n \omega(u_\lambda) < n ω ( u λ ) < n 是有限的。那么家庭( u λ ) λ ∈ L (u_\lambda)_{\lambda \in L} ( u λ ) λ ∈ L 是可求和的。
设*( u λ ) λ ∈ L (u_\lambda)_{\lambda \in L} ( u λ ) λ ∈ L *和*( v μ ) μ ∈ M (v_\mu)_{\mu \in M} ( v μ ) μ ∈ M *是*A [ [ I ] ] \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] A [[ I ]] 的元素的两个可求和族。 然后家庭 ( u λ v μ ) ( λ , μ ) ∈ L × M (u_\lambda v_\mu)_{(\lambda, \mu) \in L \times M} ( u λ v μ ) ( λ , μ ) ∈ L × M *是可求和的,我们有
引用了 1 引用了 TG III § 5. 可交换的无限和群
∑ ( λ , μ ) ∈ L × M u λ v μ = ( ∑ λ ∈ L u λ ) ( ∑ μ ∈ M v μ )
\sum_{(\lambda, \mu) \in L \times M} u_\lambda v_\mu = \left( \sum_{\lambda \in L} u_\lambda \right) \left( \sum_{\mu \in M} v_\mu \right)
( λ , μ ) ∈ L × M ∑ u λ v μ = ( λ ∈ L ∑ u λ ) μ ∈ M ∑ v μ
令( α λ , ν ) ν ∈ N ( I ) (\alpha_{\lambda, \nu})_{\nu \in \mathbf{N}^{(I)}} ( α λ , ν ) ν ∈ N ( I ) (或( β μ , ν ) ν ∈ N ( I ) (\beta_{\mu, \nu})_{\nu \in \mathbf{N}^{(I)}} ( β μ , ν ) ν ∈ N ( I ) )为u λ u_\lambda u λ (或v ν v_\nu v ν )的系数族。对于每个ν ∈ N ( I ) \nu \in \mathbf{N}^{(I)} ν ∈ N ( I ) ,仅存在对( ν 1 , ν 2 ) ∈ N ( I ) × N ( I ) (\nu_1, \nu_2) \in \mathbf{N}^{(I)} \times \mathbf{N}^{(I)} ( ν 1 , ν 2 ) ∈ N ( I ) × N ( I ) 的有限数,使得ν 1 + ν 2 = ν \nu_1 + \nu_2 = \nu ν 1 + ν 2 = ν ,因此仅存在对( λ , μ ) ∈ L × M (\lambda, \mu) \in L \times M ( λ , μ ) ∈ L × M 的有限数,使得u λ v μ u_\lambda v_\mu u λ v μ 中的X ν X^\nu X ν 的系数为≠ 0 \neq 0 = 0 。因此家庭( u λ v μ ) ( λ , μ ) ∈ L × J (u_\lambda v_\mu)_{(\lambda, \mu) \in L \times \mathscr{J}} ( u λ v μ ) ( λ , μ ) ∈ L × J 是可求和的。现在公式 (2) 是从和的结合性衍生出来的(Gen. Top.、III、p. 265、公式 (2))。
在 A [ [ I ] ] \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] A [[ I ]] 乘积中是结合律和交换律合成律。因此,我们可以谈论A [ [ I ] ] \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] A [[ I ]] 的元素的*可乘族*和可乘族的*乘积*(Gen.Top.,III,p. 262,注3)。
设*( u λ ) λ (u_\lambda)_\lambda ( u λ ) λ *是*A [ [ I ] ] \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] A [[ I ]] 的元素的可和族。 (i) 家庭 ( 1 + u λ ) λ (1 + u_\lambda)_\lambda ( 1 + u λ ) λ 可乘 。 (ii) 设 T \mathfrak{T} T *为*L L L 的所有有限子集中的集合。 对于任何 M ∈ S M \in \mathscr{S} M ∈ S 放置 u M = ∏ λ ∈ M u λ u_M = \prod_{\lambda \in M} u_\lambda u M = ∏ λ ∈ M u λ 。 然后家庭 ( u M ) M ∈ T (u_M)_{M \in \mathfrak{T}} ( u M ) M ∈ T *可求和,我们有
被以下引用 2 被以下引用 命题 9 , IV § 6. 。对称函数
∑ M ∈ T u M = ∏ λ ∈ L ( 1 + u λ ) .
\sum_{M \in \mathfrak{T}} u_M = \prod_{\lambda \in L} (1 + u_\lambda).
M ∈ T ∑ u M = λ ∈ L ∏ ( 1 + u λ ) .
让我们定义理想a β \mathfrak{a}_\beta a β 如本号开头,并让β ∈ N ( I ) \beta \in \mathbf{N}^{(I)} β ∈ N ( I ) 。存在 L L L 的有限子集 L 0 L_0 L 0 ,使得 u λ ∈ a β u_\lambda \in \mathfrak{a}_\beta u λ ∈ a β 对应 λ ∉ L 0 \lambda \notin L_0 λ ∈ / L 0 。那么对于每个 M ∈ S M \in \mathscr{S} M ∈ S 这样 M ⊄ L 0 M \not\subset L_0 M ⊂ L 0 我们就有 u M ∈ a β u_M \in \mathfrak{a}_\beta u M ∈ a β 。由此可见,族 ( u M ) M ∈ T (u_M)_{M \in \mathfrak{T}} ( u M ) M ∈ T 是可求和的。另一方面,对于 L L L 中的任意有限子集 M 0 M_0 M 0 ,我们有
∑ M ⊂ M 0 u M = ∏ λ ∈ M 0 ( 1 + u λ ) .
\sum_{M \subset M_0} u_M = \prod_{\lambda \in M_0} (1 + u_\lambda).
M ⊂ M 0 ∑ u M = λ ∈ M 0 ∏ ( 1 + u λ ) .
沿着过滤后的有序集合T \mathfrak{T} T ,左侧有极限∑ M ∈ T u M \sum_{M \in \mathfrak{T}} u_M ∑ M ∈ T u M 。因此右边有极限∑ M ∈ T u M \sum_{M \in \mathfrak{T}} u_M ∑ M ∈ T u M ,同时证明了(i)和(ii)。
让*u = ∑ a ν X ν ∈ A [ [ I ] ] u = \sum a_\nu X^\nu \in \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] u = ∑ a ν X ν ∈ A [[ I ]] *和*m m m *整数*> 0 > 0 > 0 。 对于每个 n ∈ N n \in \mathbf{N} n ∈ N 让 ( α ν , n ) ν ∈ N ( I ) (\alpha_{\nu, n})_{\nu \in \mathbf{N}^{(I)}} ( α ν , n ) ν ∈ N ( I ) 成为 u n u^n u n 的系数族。 如果 α 0 m = 0 \alpha_0^m = 0 α 0 m = 0 ,*则*α ν , n = 0 \alpha_{\nu, n} = 0 α ν , n = 0 *对于*n ≥ ∣ ν ∣ + m n \geq |\nu| + m n ≥ ∣ ν ∣ + m 。
被以下引用 1 被以下引用 推论
设ν ∈ N ( I ) \nu \in \mathbf{N}^{(I)} ν ∈ N ( I ) 和n ∈ N n \in \mathbf{N} n ∈ N 。我们有
α ν , n = ∑ ν ( 1 ) + ⋯ + ν ( n ) = ν α ν ( 1 ) ⋯ α ν ( n ) .
\alpha_{\nu,n} = \sum_{\nu(1) + \cdots + \nu(n) = \nu} \alpha_{\nu(1)} \cdots \alpha_{\nu(n)} .
α ν , n = ν ( 1 ) + ⋯ + ν ( n ) = ν ∑ α ν ( 1 ) ⋯ α ν ( n ) .
如果n ≥ ∣ ν ∣ + m n \geq |\nu| + m n ≥ ∣ ν ∣ + m 和ν ( 1 ) + ⋯ + ν ( n ) = v \nu(1) + \cdots + \nu(n) = v ν ( 1 ) + ⋯ + ν ( n ) = v ,我们有∣ ν ( 1 ) ∣ + ⋯ + ∣ ν ( n ) ∣ ≤ n − m |\nu(1)| + \cdots + |\nu(n)| \leq n - m ∣ ν ( 1 ) ∣ + ⋯ + ∣ ν ( n ) ∣ ≤ n − m 。因此,我们有v ( r ) = 0 v(r) = 0 v ( r ) = 0 和α v ( r ) = a r \alpha_{v(r)} = a_r α v ( r ) = a r ,对于r r r 至少有m m m 不同的值;由此得出结果α ν ( 1 ) ⋯ α ν ( n ) = 0 \alpha_{\nu(1)} \cdots \alpha_{\nu(n)} = 0 α ν ( 1 ) ⋯ α ν ( n ) = 0 、从而。
— 设 u ∈ A [ [ I ] ] u \in A[[I]] u ∈ A [[ I ]] ;那么对于 lim n → ∞ u n = 0 \lim_{n \to \infty} u^n = 0 lim n → ∞ u n = 0 来说,u u u 的常数项是幂零的,这是充分必要的。
引用了 1 · 被以下引用 1 引用了 命题 3
被以下引用 命题 4
令a 0 a_0 a 0 为u u u 的常数项。 u n u^n u n 的常数项是α 0 n \alpha_0^n α 0 n ,因此规定的条件是必要的;根据命题 3 就足够了。
3. 代换
设 E E E 为 A A A 代数。如果E E E 上的拓扑在平移下不变并且存在E E E 理想的0由……组成的邻域的基本系统(Gen.Top.,III,p. 223),则称拓扑是线性的。 E E E 上的拓扑则与其A A A 代数结构兼容(当A A A 携带离散拓扑时)。具有线性拓扑的 A A A 代数称为线性拓扑 A A A 代数。
(i) 设φ \varphi φ 为A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 到E E E 和x i = φ ( X i ) x_i = \varphi(X_i) x i = φ ( X i ) 的连续同态。然后: (a) 对于所有 i ∈ I i \in I i ∈ I ,x i n x_i^n x i n 趋于 0,因为 n n n 趋于 + ∞ + \infty + ∞ ; (b) 如果 I I I 无穷大,则x i x_i x i 沿着有限子集的补集过滤器I I I 趋于 0。
(ii) 设x = ( x i ) i x = (x_i)_i x = ( x i ) i 、I _I I 为(i)的E E E 满足a)和b)的元素族。那么在 A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 到 E E E 中存在一个且唯一的一个单位连续同态 φ \varphi φ ,使得对于所有 i ∈ I i \in I i ∈ I 都有 φ ( X i ) = x i \varphi(X_i) = x_i φ ( X i ) = x i 。
对于所有i ∈ I i \in I i ∈ I ,A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 中的X i n X_i^n X i n 明显趋于0,因为n n n 趋于+ ∞ + \infty + ∞ ;另一方面,当I I I 无穷大时,X i X_i X i 沿着有限子集的补集过滤器I I I 趋于0。这就证明了(i)。
设( x i ) i ∈ I (x_i)_{i \in I} ( x i ) i ∈ I 为(i)的E E E 满足条件a)和b)的元素族,设ψ \psi ψ 为A [ ( X i ) i ∈ I ] A[(X_i)_{i \in I}] A [( X i ) i ∈ I ] 的同态u ↦ u ( ( x i ) i ∈ I ) u \mapsto u((x_i)_{i \in I}) u ↦ u (( x i ) i ∈ I ) 入E E E ,并令V V V 是E E E 的0的邻域,这是E E E 的理想。 b) 存在I I I 的有限子集J J J ,使得x i ∈ V x_i \in V x i ∈ V 对于所有i ∈ I − J i \in I - J i ∈ I − J 。接下来存在 a) 整数 n ≥ 0 n \geq 0 n ≥ 0 ,使得 x i n ∈ V x_i^n \in V x i n ∈ V 对于所有 i ∈ J i \in J i ∈ J 。令β \beta β 为N ( I ) \mathbf{N}^{(I)} N ( I ) 的元素,使得β i = n − 1 \beta_i = n - 1 β i = n − 1 代表i ∈ J i \in J i ∈ J ,β i = 0 \beta_i = 0 β i = 0 代表i ∈ I − J i \in I - J i ∈ I − J 。如果我们在No. 2开始时定义是A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 的理想a β a_\beta a β (IV,p. 26),那么
u ∈ A [ ( X i ) i ∈ I ] ∩ a β ⇒ ψ ( u ) ∈ V
u \in A[(X_i)_{i \in I}] \cap a_\beta \Rightarrow \psi(u) \in V
u ∈ A [( X i ) i ∈ I ] ∩ a β ⇒ ψ ( u ) ∈ V
这表明,如果我们为A [ ( X i ) i ∈ I ] A[(X_i)_{i \in I}] A [( X i ) i ∈ I ] 配备由A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 诱导的拓扑,则ψ \psi ψ 是连续的。由于E E E 是分离且完整的,ψ \psi ψ 扩展将A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 的连续单位同态φ \varphi φ 转化为E E E 。我们为所有 i ∈ I i \in I i ∈ I 提供了 φ ( X i ) = ψ ( X i ) = x i \varphi(X_i) = \psi(X_i) = x_i φ ( X i ) = ψ ( X i ) = x i 。最后让φ ′ \varphi' φ ′ 是A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 到E E E 的连续单位同态,使得φ ′ ( X i ) = x i \varphi'(X_i) = x_i φ ′ ( X i ) = x i 。对于所有u ∈ A [ ( X i ) i ∈ I ] u \in A[(X_i)_{i \in I}] u ∈ A [( X i ) i ∈ I ] ,我们都有φ ′ ( u ) = φ ( u ) \varphi'(u) = \varphi(u) φ ′ ( u ) = φ ( u ) ,因此φ ′ = φ \varphi' = \varphi φ ′ = φ ,因为A [ ( X i ) i ∈ I ] A[(X_i)_{i \in I}] A [( X i ) i ∈ I ] 在A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 中是稠密的。
让我们保留之前的记号。如果u ∈ A [ [ I ] ] u \in A[[I]] u ∈ A [[ I ]] ,u u u 的像由φ \varphi φ 表示为u ( x ) u(x) u ( x ) 或u ( ( x i ) i ∈ I ) u((x_i)_{i \in I}) u (( x i ) i ∈ I ) (或者如果I = ( 1 , 2 , . . . , n ) I = (1, 2, ..., n) I = ( 1 , 2 , ... , n ) 也为u ( x 1 , . . . , x n ) u(x_1, ..., x_n) u ( x 1 , ... , x n ) ),并且称为由代换获得的E E E 的元素 u u u 中的X i X_i X i 使用x i x_i x i ,或者u u u 中的值用于X i X_i X i 中的值x i x_i x i ,或者X i = x i X_i = x_i X i = x i 中的u u u 中的值。特别是我们有u = u ( ( X i ) i ∈ I ) u = u((X_i)_{i \in I}) u = u (( X i ) i ∈ I ) 。
令 E ′ E' E ′ 为结合交换且酉线性拓扑的分离完备A A A -代数。令λ \lambda λ 为E E E 到E ′ E' E ′ 的连续单位同态,( x i ) i ∈ I (x_i)_{i \in I} ( x i ) i ∈ I 为E E E 满足条件a)和b)的元素族,第4条(IV), p. 28)。家庭( λ ( x i ) ) i ∈ I (\lambda(x_i))_{i \in I} ( λ ( x i ) ) i ∈ I 同样满足条件a)和b)。对于每 u ∈ A [ [ I ] ] u \in A[[I]] u ∈ A [[ I ]] 我们有
λ ( u ( ( x i ) i ∈ I ) ) = u ( ( λ ( x i ) ) i ∈ I ) ,
\lambda(u((x_i)_{i \in I})) = u((\lambda(x_i))_{i \in I}),
λ ( u (( x i ) i ∈ I )) = u (( λ ( x i ) ) i ∈ I ) ,
对于映射u ↦ A ( u ( ( x i ) i ∈ I ) ) u \mapsto A(u((x_i)_{i \in I})) u ↦ A ( u (( x i ) i ∈ I )) 来说,是A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 到E ′ E' E ′ 的连续单位同态,对于所有i ∈ I i \in I i ∈ I ,变换X i X_i X i 到λ ( x i ) \lambda(x_i) λ ( x i ) 。
如果J J J 和K K K 是两个集合,我们用所有族( g j ) j ∈ J (g_j)_{j \in J} ( g j ) j ∈ J 满足的A J , K A_{J, K} A J , K 集合表示以下条件: (i) 对于所有j ∈ J j \in J j ∈ J ,g j g_j g j 是A [ [ K ] ] A[[K]] A [[ K ]] 的元素,其常数项是幂零的; (ii) 如果 J J J 是无限的,g j g_j g j 沿着 J J J 的有限子集的补集过滤器趋于 0。
我们注,如果J J J 是有限的,则在A [ [ K ] ] A[[K]] A [[ K ]] 属于到A J , K A_{J, K} A J , K 中,形式幂级数( g j ) j ∈ J (g_j)_{j \in J} ( g j ) j ∈ J 的每个族都没有常数项。
让( g j ) j ∈ J (g_j)_{j \in J} ( g j ) j ∈ J 在A J , K A_{J, K} A J , K 中。由科。根据第 3 号提案(IV、p. 28),我们对所有 j ∈ J j \in J j ∈ J 都有 lim n → ∞ g j n = 0 \lim_{n \to \infty} g_j^n = 0 lim n → ∞ g j n = 0 。让f ∈ A [ [ J ] ] f \in A[[J]] f ∈ A [[ J ]] ;我们可以用g j g_j g j 代替f f f 中的变量指标j j j ,得到正式的幂级数f ( ( g j ) j ∈ J ) f((g_j)_{j \in J}) f (( g j ) j ∈ J ) 属于到A [ [ K ] ] A[[K]] A [[ K ]] 。此外,映射f ↦ f ( ( g j ) j ∈ J ) f \mapsto f((g_j)_{j \in J}) f ↦ f (( g j ) j ∈ J ) 是A A A -代数A [ [ J ] ] A[[J]] A [[ J ]] 到A [ [ K ] ] A[[K]] A [[ K ]] 的连续同态。
特别是如果J = ( 1 , . . . , p ) J = (1, ..., p) J = ( 1 , ... , p ) 和f ∈ A [ [ X 1 , . . . , X p ] ] f \in A[[X_1, ..., X_p]] f ∈ A [[ X 1 , ... , X p ]] ,我们可以用正式的幂级数g j ∈ A [ [ K ] ] g_j \in A[[K]] g j ∈ A [[ K ]] 代替每个X j X_j X j ,而无需常数项;这个代换的结果写成f ( g 1 , . . . , g p ) f(g_1, ..., g_p) f ( g 1 , ... , g p ) 。
设x = ( x k ) k ∈ K x = (x_k)_{k \in K} x = ( x k ) k ∈ K 是第4条命题(IV,p. 28)的E E E 满足条件a)和b)的元素族。我们应用(3),将A [ [ K ] ] A[[K]] A [[ K ]] 中的A A A 同态u ↦ u ( x ) u \mapsto u(x) u ↦ u ( x ) 化为E E E ;我们得到
f ( ( g j ) j ∈ J ) ( x ) = f ( ( g j ( x ) ) j ∈ J ) .
f((g_j)_{j \in J})(x) = f((g_j(x))_{j \in J}).
f (( g j ) j ∈ J ) ( x ) = f (( g j ( x ) ) j ∈ J ) .
设f = ( f i ) i ∈ I ∈ ( A [ [ J ] ] ) I f = (f_i)_{i \in I} \in (A[[J]])^I f = ( f i ) i ∈ I ∈ ( A [[ J ]] ) I 和g = ( g j ) j ∈ J ∈ A J , K g = (g_j)_{j \in J} \in A_{J, K} g = ( g j ) j ∈ J ∈ A J , K 。我们用f ( g ) f(g) f ( g ) 或f ∘ g f \circ g f ∘ g 元素( f i ( ( g j ) , ϵ J ) ) i ∈ I (f_i((g_j),_{\epsilon_J}))_{i \in I} ( f i (( g j ) , ϵ J ) ) i ∈ I 或( A [ [ K ] ] ) I (A[[K]])^I ( A [[ K ]] ) I 来表示。如果f ∈ A I , J f \in A_{I, J} f ∈ A I , J ,我们有f ∘ g ∈ A , , K f \circ g \in A_{,,K} f ∘ g ∈ A ,, K ,因为A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 到A [ [ K ] ] A[[K]] A [[ K ]] 的映射f ↦ f ( ( g j ) i , J ) f \mapsto f((g_j)_{i, J}) f ↦ f (( g j ) i , J ) 是连续的。
让f ∈ ( A [ [ J ] ] ) I f \in (A[[J]])^I f ∈ ( A [[ J ]] ) I ,g ∈ A J , K g \in A_{J, K} g ∈ A J , K ,h ∈ A K , L h \in A_{K, L} h ∈ A K , L 。然后 g ∘ h ∈ A J , L g \circ h \in A_{J, L} g ∘ h ∈ A J , L 并根据 (4),我们有
( f ∘ g ) ∘ h = f ∘ ( g ∘ h ) .
(f \circ g) \circ h = f \circ (g \circ h).
( f ∘ g ) ∘ h = f ∘ ( g ∘ h ) .
4. 可逆正式幂级数
— 在形式幂级数的环 A [ [ T ] ] A[[T]] A [[ T ]] 中,在一个不定式中,多项式 1 − T 1 - T 1 − T 是可逆的,我们有 ( 1 − T ) − 1 = ∑ n = 0 m T n (1 - T)^{-1} = \sum_{n=0}^m T^n ( 1 − T ) − 1 = ∑ n = 0 m T n 。
被以下引用 3 被以下引用 命题 6 , 命题 1, V § 15 , LIE I § 1. 。 定义共李代数
对于
( 1 − T ) ( ∑ n = 0 ∞ T n ) = ∑ n = 0 ∞ T n − ∑ n = 0 ∞ T n + 1 = 1.
(1 - T) \left( \sum_{n=0}^\infty T^n \right) = \sum_{n=0}^\infty T^n - \sum_{n=0}^\infty T^{n+1} = 1.
( 1 − T ) ( n = 0 ∑ ∞ T n ) = n = 0 ∑ ∞ T n − n = 0 ∑ ∞ T n + 1 = 1.
— *令u ∈ A [ [ I ] ] u \in A[[I]] u ∈ A [[ I ]] ;那么要使u u u 在A [ [ T ] ] A[[T]] A [[ T ]] 中可逆,其常数项在A A A 中可逆是必要且充分的。
引用了 1 · 被以下引用 3 引用了 命题 5
被以下引用 注 , 命题 12 , 例 4, VIII § 2
假设存在v ∈ A [ [ I ] ] v \in A[[I]] v ∈ A [[ I ]] 使得u v = 1 uv = 1 uv = 1 。设a , β a, \beta a , β 为u u u 和v v v 的常数项,则α β = 1 \alpha \beta = 1 α β = 1 ,所以a a a 可逆。
相反,假设u u u 的常数项a a a 是可逆的。那么存在正式的幂级数t ∈ A [ [ I ] ] t \in A[[I]] t ∈ A [[ I ]] 使得u = α ( 1 − t ) u = \alpha (1 - t) u = α ( 1 − t ) 和ω ( t ) > 0 \omega(t) > 0 ω ( t ) > 0 。现在有环同态 φ : A [ [ T ] ] → A [ [ I ] ] \varphi : A[[T]] \to A[[I]] φ : A [[ T ]] → A [[ I ]] 使得φ ( T ) = t \varphi(T) = t φ ( T ) = t ,并且1 − T 1 - T 1 − T 在A [ [ T ] ] A[[T]] A [[ T ]] 中是可逆的(命题5);因而 1 − t 1 - t 1 − t 在 A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 中是可逆的,因而 u u u 也是如此。
5. Taylor 的公式正式幂级数
令X = ( X i ) i ∈ I X = (X_i)_{i \in I} X = ( X i ) i ∈ I 和Y = ( Y i ) i ∈ I Y = (Y_i)_{i \in I} Y = ( Y i ) i ∈ I 是相对于相同指标集合I的两个不定族。我们用X + Y X + Y X + Y 表示A [ [ X , Y ] ] A[[X, Y]] A [[ X , Y ]] 中正式幂级数的家族( X i + Y i ) i ∈ I (X_i + Y_i)_{i \in I} ( X i + Y i ) i ∈ I 。显然,我们可以在正式的幂级数u ∈ A [ [ X ] ] u \in A[[X]] u ∈ A [[ X ]] 中用X i + Y i X_i + Y_i X i + Y i 代替X i X_i X i ,结果写作u ( X + Y ) u(X + Y) u ( X + Y ) 。对于每个ν ∈ N ( I ) \nu \in \mathbf{N}^{(I)} ν ∈ N ( I ) ,我们用Δ ν u \Delta^\nu u Δ ν u 表示正式幂级数u ( X + Y ) u(X + Y) u ( X + Y ) 中的Y ν Y^\nu Y ν 系数,被视为属于到A [ [ X ] ] [ [ Y ] ] A[[X]][[Y]] A [[ X ]] [[ Y ]] (III,p. 456)。在其他字中,我们有
u ( X + Y ) = ∑ ν Δ ν u ( X ) ⋅ Y ν ( u ∈ A [ [ X ] ] ) .
u(X + Y) = \sum_\nu \Delta^\nu u(X) \cdot Y^\nu \quad (u \in A[[X]]) .
u ( X + Y ) = ν ∑ Δ ν u ( X ) ⋅ Y ν ( u ∈ A [[ X ]]) .
将 ( 0 , X ) (0, X) ( 0 , X ) 替换为 ( X , Y ) (X, Y) ( X , Y ) 我们得到
u ( X ) = ∑ ν Δ ν u ( 0 ) ⋅ X ν ;
u(X) = \sum_\nu \Delta^\nu u(0) \cdot X^\nu ;
u ( X ) = ν ∑ Δ ν u ( 0 ) ⋅ X ν ;
在其他字中,Δ ν u \Delta^\nu u Δ ν u 的常数项是u u u 中X ν X^\nu X ν 的系数。由于A [ [ X ] ] A[[X]] A [[ X ]] 的映射u ↦ u ( X + Y ) u \mapsto u(X + Y) u ↦ u ( X + Y ) 到A [ [ X , Y ] ] A[[X, Y]] A [[ X , Y ]] 是连续的,A [ [ X ] ] A[[X]] A [[ X ]] 的映射u ↦ Δ ν u u \mapsto \Delta^\nu u u ↦ Δ ν u 到其本身也是连续的。
与多项式 (IV, p. 7) 的情况一样,我们可以证明公式
Δ σ ( u v ) = ∑ v + ρ = σ Δ ν ( u ) Δ ρ ( v ) ,
\Delta^\sigma(uv) = \sum_{v+\rho=\sigma} \Delta^\nu(u) \Delta^\rho(v) ,
Δ σ ( uv ) = v + ρ = σ ∑ Δ ν ( u ) Δ ρ ( v ) ,
Δ ρ Δ σ u = ( ρ + σ ) ! ρ ! σ ! Δ ρ + σ u .
\Delta^\rho \Delta^\sigma u = \frac{(\rho + \sigma)!}{\rho! \; \sigma!} \Delta^{\rho + \sigma} u .
Δ ρ Δ σ u = ρ ! σ ! ( ρ + σ )! Δ ρ + σ u .
二项式公式 (I, p. 99, Cor. 2) 对于Δ ν u \Delta^\nu u Δ ν u ,当 u = ∑ λ α λ X λ u = \sum_\lambda \alpha_\lambda X^\lambda u = ∑ λ α λ X λ 时,给出以下值
Δ ν u = ∑ λ α λ + ν ( λ + ν ) ! λ ! ν ! X λ .
\Delta^\nu u = \sum_\lambda \alpha_{\lambda + \nu} \frac{(\lambda + \nu)!}{\lambda! \; \nu!} X^\lambda .
Δ ν u = λ ∑ α λ + ν λ ! ν ! ( λ + ν )! X λ .
特别考虑ν = ϵ i \nu = \epsilon_i ν = ϵ i 的情况,即ν i = 1 , ν j = 0 \nu_i = 1, \nu_j = 0 ν i = 1 , ν j = 0 对应j ≠ i j \neq i j = i 。我们将放入D i u = Δ ϵ i u D_i u = \Delta^{\epsilon_i} u D i u = Δ ϵ i u ;换句话说,D i u D_i u D i u 是Y i Y_i Y i 在u ( X + Y ) u(X + Y) u ( X + Y ) 中的系数。根据 (10) 我们有
D i u = ∑ λ ( λ i + 1 ) α λ + ϵ i X λ ;
D_i u = \sum_\lambda (\lambda_i + 1) \alpha_{\lambda + \epsilon_i} X^\lambda ;
D i u = λ ∑ ( λ i + 1 ) α λ + ϵ i X λ ;
特别是对于 j ≠ i j \neq i j = i ,我们有 D i ( X i ) = 1 D_i(X_i) = 1 D i ( X i ) = 1 和 D i ( X j ) = 0 D_i(X_j) = 0 D i ( X j ) = 0 。 公式(8)表明D i D_i D i 是A [ [ X ] ] A[[X]] A [[ X ]] 的推导,并且从(9)我们推导出关系
D ν u = ν ! Δ ν u
D^\nu u = \nu! \; \Delta^\nu u
D ν u = ν ! Δ ν u
就像多项式 (IV, p. 8) 的情况一样(我们将D ν = ∏ i ∈ I D i ν i D^\nu = \prod_{i \in I} D_i^{\nu_i} D ν = ∏ i ∈ I D i ν i 代替ν = ( ν i ) i ∈ I \nu = (\nu_i)_{i \in I} ν = ( ν i ) i ∈ I ,放在N ( I ) \mathbf{N}^{(I)} N ( I ) 中)。当 A 是 Q 代数时,公式 (6)、(7) 和 (12) 隐含 « Taylor 公式 »:
u ( X + Y ) = ∑ 1 ν ! D ν u ( X ) ⋅ Y ν ,
u(\mathbf{X} + \mathbf{Y}) = \sum \frac{1}{\nu!} D^\nu u(\mathbf{X}) \cdot \mathbf{Y}^\nu,
u ( X + Y ) = ∑ ν ! 1 D ν u ( X ) ⋅ Y ν ,
u ( X ) = ∑ 1 ν ! D ν u ( 0 ) ⋅ X ν .
u(\mathbf{X}) = \sum \frac{1}{\nu!} D^\nu u(0) \cdot \mathbf{X}^\nu.
u ( X ) = ∑ ν ! 1 D ν u ( 0 ) ⋅ X ν .
6. 正式幂级数代数中的推导
令 I 为集合,E 为结合律、交换律、酉线性拓扑、分离且完备的 A-代数,x = ( x i ) i ∈ I x = (x_i)_{i \in I} x = ( x i ) i ∈ I 是命题 4 (IV) 的 E 满足条件 a) 和 b) 的元素族。 p. 28)。令φ \varphi φ 为A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 到E的连续同态u ↦ u ( x ) u \mapsto u(x) u ↦ u ( x ) ;它为E配备了A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 模块结构。通过 III、p. 552,A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 到 A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 模 E 的 A 推导 D 为 A-线性映射 D : A [ [ I ] ] → E D : A[[I]] \to E D : A [[ I ]] → E 满足关系
D ( u v ) = u ( x ) ⋅ D ( v ) + D ( u ) ⋅ v ( x )
D(uv) = u(x) \cdot D(v) + D(u) \cdot v(x)
D ( uv ) = u ( x ) ⋅ D ( v ) + D ( u ) ⋅ v ( x ) A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 中的 u , v u, v u , v 。
— 令( y i ) i ∈ I (y_i)_{i \in I} ( y i ) i ∈ I 为E的元素族。当I无穷大时,*我们*假设y i y_i y i 沿着I的有限子集的补集过滤器趋于0。那么存在A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 到A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] *-模* E 的唯一连续A-导数D,使得D ( X i ) = y i D(X_i) = y_i D ( X i ) = y i 对于所有i ∈ I i \in I i ∈ I 。我们有
D ( u ) = ∑ i ∈ I ( D i u ) ( x ) ⋅ y i ( u ∈ A [ [ I ] ] ) .
D(u) = \sum_{i \in I} (D_i u)(x) \cdot y_i \quad (u \in A[[I]]) .
D ( u ) = i ∈ I ∑ ( D i u ) ( x ) ⋅ y i ( u ∈ A [[ I ]]) .
被以下引用 1 被以下引用 推出 1
由于 0 在 E 中承认理想的邻域由……组成的基本系统,因此对于所有 u ∈ A [ [ I ] ] u \in A[[I]] u ∈ A [[ I ]] ,族 ( ( D i u ) ( x ) ⋅ y i ) i ∈ I ((D_i u)(x) \cdot y_i)_{i \in I} (( D i u ) ( x ) ⋅ y i ) i ∈ I 在 E 中是可求和的(Gen. Top.、III、p. 263、Cor. 2)。 公式 (16) 因此定义 A-线性映射 D : A [ [ I ] ] → E D : A[[I]] \to E D : A [[ I ]] → E 。我们让读者验证 D 是连续的推导。
令 D 1 D_1 D 1 为 A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 到 E 的连续 A 导数,使得 D 1 ( X i ) = y i D_1(X_i) = y_i D 1 ( X i ) = y i 对于所有 i ∈ I i \in I i ∈ I 。连续推导D − D 1 D - D_1 D − D 1 的核是A [ [ I ] ] \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] A [[ I ]] 包含1和不定X i X_i X i 的闭子代数B。由于多项式代数 A [ ( X i ) i ∈ I ] \mathbf{A}[(X_i)_{i \in I}] A [( X i ) i ∈ I ] 在 A [ [ I ] ] \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] A [[ I ]] 中是稠密的,因此我们有 B = A [ [ I ] ] B = \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] B = A [[ I ]] 以及 D 1 = D D_1 = D D 1 = D 。
— *令 A 为 A-代数 E 的连续推导。对于每个形式幂级数 u ∈ A [ [ I ] ] u \in \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] u ∈ A [[ I ]] ,族 ( ( D i u ) ( x ) ⋅ Δ x i ) i ∈ I ((D_iu)(x) \cdot \Delta x_i)_{i \in I} (( D i u ) ( x ) ⋅ Δ x i ) i ∈ I 是可求和的,我们有
Δ ( u ( x ) ) = ∑ i ∈ I ( D i u ) ( x ) ⋅ Δ x i .
\Delta(u(x)) = \sum_{i \in I} (D_iu)(x) \cdot \Delta x_i .
Δ ( u ( x )) = i ∈ I ∑ ( D i u ) ( x ) ⋅ Δ x i .
引用了 1 · 被以下引用 3 引用了 命题 7
被以下引用 推论 2 , 推论 3 , 注, IV § 6
这是从命题 7 得出的,因为映射 u ↦ Δ ( u ( x ) ) u \mapsto \Delta(u(x)) u ↦ Δ ( u ( x )) 是 A [ [ I ] ] \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] A [[ I ]] 的连续推导进入A [ [ I ] ] \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] A [[ I ]] -模块 E。
— *推导 D i D_i D i 是 A-代数 A [ [ I ] ] \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] A [[ I ]] 的唯一连续推导,使得
D i ( X i ) = 1 , D i ( X j ) = 0 for j ≠ i .
D_i(X_i) = 1 , \quad D_i(X_j) = 0 \quad \text{for} \quad j \neq i .
D i ( X i ) = 1 , D i ( X j ) = 0 for j = i .
引用了 1 引用了 推出 1
— *令 f ∈ A [ [ X 1 , . . . , X s ] ] f \in \mathbf{A}[[X_1, ..., X_s]] f ∈ A [[ X 1 , ... , X s ]] 和 g i ∈ A [ [ Y 1 , . . . , Y q ] ] g_i \in \mathbf{A}[[Y_1, ..., Y_q]] g i ∈ A [[ Y 1 , ... , Y q ]] 为 1 ≤ i ≤ p 1 \leq i \leq p 1 ≤ i ≤ p 。假设对于1 ≤ i ≤ p 1 \leq i \leq p 1 ≤ i ≤ p ,g i g_i g i 的常数项是零,并放入h = f ( g 1 , . . . , g p ) h = f(g_1, ..., g_p) h = f ( g 1 , ... , g p ) 。那么对于 1 ≤ j ≤ q 1 \leq j \leq q 1 ≤ j ≤ q 我们有
∂ h ∂ Y j = ∑ i = 1 p D i f ( g 1 , . . . , g p ) ⋅ ∂ g i ∂ Y j .
\frac{\partial h}{\partial Y_j} = \sum_{i=1}^p D_i f(g_1, ..., g_p) \cdot \frac{\partial g_i}{\partial Y_j} .
∂ Y j ∂ h = i = 1 ∑ p D i f ( g 1 , ... , g p ) ⋅ ∂ Y j ∂ g i .
引用了 1 · 被以下引用 1 引用了 推出 1
被以下引用 命题 14
这是 Cor 的特殊情况 E = A [ [ Y 1 , . . . , Y s ] ] E = \mathbf{A}[[Y_1, ..., Y_s]] E = A [[ Y 1 , ... , Y s ]] 、x i = q i x_i = q_i x i = q i 和 A = ∂ / ∂ Y j A = \partial / \partial Y_j A = ∂ / ∂ Y j 。 1.
— *令 X = ( X i ) i X = (X_i)_i X = ( X i ) i 为不定式的有限族。 (i) 正式幂级数 A [ [ X ] ] \mathbf{A}[[X]] A [[ X ]] 的环中的每个推导都是连续的。 (ii) 以独特的方式将多项式环A [ X ] \mathbf{A}[X] A [ X ] 的推导转换为正式幂级数A [ [ X ] ] \mathbf{A}[[X]] A [[ X ]] 扩展的环到环A [ [ X ] ] \mathbf{A}[[X]] A [[ X ]] 的推导。 (iii) ( D i ) i ∈ I (D_i)_{i \in I} ( D i ) i ∈ I 族是A [ [ X ] ] \mathbf{A}[[X]] A [[ X ]] 自身的A-导数的A [ [ X ] ] \mathbf{A}[[X]] A [[ X ]] 模的基。 令b n b_n b n 为阶≥ n \geq n ≥ n 的所有形式幂级数中的集合。显然,b n b_n b n 是环A [ [ X ] ] \mathbf{A}[[X]] A [[ X ]] 中的理想,由次数n n n 的单项式生成。因此 b n b_n b n 由 n n n 形式幂级数的乘积的有限和组成,没有常数项;如果 D D D 是 A [ [ X ] ] \mathbf{A}[[X]] A [[ X ]] 的推导,我们有
D ( f 1 ⋯ f n ) = ∑ i = 1 n f 1 ⋯ f i − 1 D ( f i ) f i + 1 ⋯ f n ,
D(f_1 \cdots f_n) = \sum_{i=1}^n f_1 \cdots f_{i-1} D(f_i) f_{i+1} \cdots f_n ,
D ( f 1 ⋯ f n ) = i = 1 ∑ n f 1 ⋯ f i − 1 D ( f i ) f i + 1 ⋯ f n ,
引用了 1 引用了 § 4. 。正式幂级数
从而立即得出 D b n ⊂ b n − 1 Db_n \subset b_{n-1} D b n ⊂ b n − 1 对应 n ≥ 1 n \geq 1 n ≥ 1 。由于序列 ( b n ) n ≥ 0 (b_n)_{n \geq 0} ( b n ) n ≥ 0 是 A [ [ X ] ] \mathbf{A}[[X]] A [[ X ]] (IV, p. 26 注) 中 0 的邻域的基本系统,因此 D 是连续的,并且 (i) 被证明。
令 A A A 为 A [ X ] A[X] A [ X ] 的推导到A [ [ X ] ] A[[X]] A [[ X ]] 。论证为之前,我们可以证明对于次数n ≥ 1 n \geq 1 n ≥ 1 的每个齐次多项式h h h ,A ( h ) A(h) A ( h ) 属于到b , − 1 b, -_1 b , − 1 。现在令 u ∈ A [ [ X ] ] u \in A[[X]] u ∈ A [[ X ]] 和 u n u_n u n 为 u u u 的次数 n n n 的齐次分量。由于 A ( u n ) ∈ b , − 1 A(u_n) \in b, -_1 A ( u n ) ∈ b , − 1 对于 n ≥ 1 n \geq 1 n ≥ 1 ,族 ( A ( u ) ) , … (A(u)), \ldots ( A ( u )) , … 可以在 A [ [ X ] ] A[[X]] A [[ X ]] 中求和,我们可以将 A [ [ X ] ] A[[X]] A [[ X ]] 的定义推导 D D D 化为自身
D ( u ) = ∑ n ≥ 0 Δ ( u n )
D(u) = \sum_{n \geq 0} \Delta(u_n)
D ( u ) = n ≥ 0 ∑ Δ ( u n )
我们有D ( b n ) ⊂ b n − 1 D(b_n) \subset b_{n-1} D ( b n ) ⊂ b n − 1 ,因此D D D 是A [ [ X ] ] A[[X]] A [[ X ]] 的加法群的连续自同态。 A [ [ X ] ] × A [ [ X ] ] A[[X]] \times A[[X]] A [[ X ]] × A [[ X ]] 到A [ [ X ] ] A[[X]] A [[ X ]] 的映射Φ : ( u , v ) ↦ D ( u v ) − u D ( v ) − D ( u ) v \Phi : (u, v) \mapsto D(uv) - uD(v) - D(u)v Φ : ( u , v ) ↦ D ( uv ) − u D ( v ) − D ( u ) v 是连续的,零在A [ X ] × A [ X ] A[X] \times A[X] A [ X ] × A [ X ] 上。由于A [ X ] A[X] A [ X ] 在A [ [ X ] ] A[[X]] A [[ X ]] 中是稠密的,所以我们有Φ = 0 \Phi = 0 Φ = 0 ;在其他字中,D D D 是A [ [ X ] ] A[[X]] A [[ X ]] 的推导自身,延伸A A A 。
最后,A [ X ] A[X] A [ X ] 在A [ [ X ] ] A[[X]] A [[ X ]] 中是稠密的,并且A [ [ X ] ] A[[X]] A [[ X ]] 的每个推导都由(i)连续;因此存在唯一的扩张 A A A 到推导 A [ [ X ] ] A[[X]] A [[ X ]] 。这就证明了(ii)。
仍有待证明(iii)。 公式 (18) (IV, p. 33) 表明族 ( D i ) i ∈ I (D_i)_{i \in I} ( D i ) i ∈ I 与 A [ [ X ] ] A[[X]] A [[ X ]] 线性无关,而公式 (16) (IV, p. 32),应用于案例 E = A [ [ X ] ] E = A[[X]] E = A [[ X ]] ,表明每个A A A -导数是D i D_i D i 的线性组合,系数为A [ [ X ] ] A[[X]] A [[ X ]] 。
— 令 ( u λ ) λ ∈ L (u_\lambda)_{\lambda \in L} ( u λ ) λ ∈ L 为 A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 的元素的*可求和*族,没有常数项,并且 D D D 为 A A A -代数 A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 的连续推导。如果 f = ∏ λ ∈ L ( 1 + u λ ) f = \prod_{\lambda \in L} (1 + u_\lambda) f = ∏ λ ∈ L ( 1 + u λ ) (IV, p. 27, 命题 2),那么族 ( D u λ / ( 1 + u λ ) ) λ ∈ L (Du_\lambda/(1 + u_\lambda))_{\lambda \in L} ( D u λ / ( 1 + u λ ) ) λ ∈ L 是可求和的,我们有
D ( f ) / f = ∑ λ ∈ L D ( u λ ) / ( 1 + u λ ) .
D(f)/f = \sum_{\lambda \in L} D(u_\lambda)/(1 + u_\lambda) .
D ( f ) / f = λ ∈ L ∑ D ( u λ ) / ( 1 + u λ ) .
引用了 1 引用了 命题 2
如果g g g 和h h h 是A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 中的两个可逆元,那么
D ( g h ) = h ⋅ D g + g ⋅ D h
D(gh) = h \cdot Dg + g \cdot Dh
D ( g h ) = h ⋅ D g + g ⋅ D h
从而除以g h gh g h ,
D ( g h ) / g h = D ( g ) / g + D ( h ) / h .
D(gh)/gh = D(g)/g + D(h)/h .
D ( g h ) / g h = D ( g ) / g + D ( h ) / h .
对于 L L L 中的每个有限子集 M M M ,放入 f M = ∏ λ ∈ M ( 1 + u λ ) f_M = \prod_{\lambda \in M} (1 + u_\lambda) f M = ∏ λ ∈ M ( 1 + u λ ) 。从 (21) 我们在卡片 M M M 关系上推导出归纳
D ( f M ) / f M = ∑ λ ∈ M D ( u λ ) / ( 1 + u λ )
D(f_M)/f_M = \sum_{\lambda \in M} D(u_\lambda)/(1 + u_\lambda)
D ( f M ) / f M = λ ∈ M ∑ D ( u λ ) / ( 1 + u λ )
当 L 有限时,这证明了命题 9。现在假设L是无限的,并为L的有限子集的过滤有序集合写入F \mathfrak{F} F 。我们有 lim F f M = f \lim_{\mathfrak{F}} f_M = f lim F f M = f ,因此 (IV , p. 30 注)
D ( f ) / f = lim F D ( f M ) / f M .
D(f)/f = \lim_{\mathfrak{F}} D(f_M)/f_M .
D ( f ) / f = F lim D ( f M ) / f M .
现在,第 9 号提案接着是 (22) 中的极限。
7. 解正式方程幂级数环
让*( g i ) i (g_i)_i ( g i ) i *成为元素和阶*≥ 2 \geq 2 ≥ 2 *在*A [ [ I ] ] \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] A [[ I ]] 的家庭。 当 I \mathbf{I} I *无限时,假设*g i g_i g i *沿着*I \mathbf{I} I 的有限子集的补集过滤器趋于0。 拓扑 A*-代数* A [ [ I ] ] \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] A [[ I ]] 存在且仅有一个自同构 T 使得 T ( X i ) = X i + g i T(X_i) = X_i + g_i T ( X i ) = X i + g i 对于所有 i ∈ I i \in \mathbf{I} i ∈ I 。 *此外,
引用了 2 · 被以下引用 2 引用了 命题 4 , § 4. 。正式幂级数
被以下引用 命题 10 , 命题 3, IV § 6
(23)
ω ( T ( u ) − u ) ≥ ω ( u ) + 1
\omega(T(u) - u) \geq \omega(u) + 1
ω ( T ( u ) − u ) ≥ ω ( u ) + 1 每个 u ∈ A [ [ I ] ] u \in \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] u ∈ A [[ I ]] 。
级数f i = X i + g i f_i = X_i + g_i f i = X i + g i 没有常数项,当I \mathbf{I} I 无穷大时,f i f_i f i 沿着I \mathbf{I} I 的有限子集的补集过滤器趋于0。因此(IV,p. 28,命题4),A-代数A [ [ I ] ] \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] A [[ I ]] 恰好存在一个连续的自同态T,使得T ( X i ) = f i T(X_i) = f_i T ( X i ) = f i 对于所有i ∈ I i \in \mathbf{I} i ∈ I 。对于每个ν ∈ N ′ \nu \in \mathbf{N}' ν ∈ N ′ ,我们放入
v ν = T ( X ν ) − X ν = ∏ i ∈ I ( X i + g i ) ν ( i ) − ∏ i ∈ I X i ν ( i ) ;
v_\nu = T(X^\nu) - X^\nu = \prod_{i \in \mathbf{I}} (X_i + g_i)^{\nu(i)} - \prod_{i \in \mathbf{I}} X_i^{\nu(i)} ;
v ν = T ( X ν ) − X ν = i ∈ I ∏ ( X i + g i ) ν ( i ) − i ∈ I ∏ X i ν ( i ) ;
关系ω ( g i ) ≥ 2 \omega(g_i) \geq 2 ω ( g i ) ≥ 2 暗示w ( v ν ) ≥ ∣ ν ∣ + 1 w(v_\nu) \geq |\nu| + 1 w ( v ν ) ≥ ∣ ν ∣ + 1 ,关系(23)立即由此而来。
让我们证明 T T T 是*内射*。给定u ∈ A [ [ I ] ] u \in \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] u ∈ A [[ I ]] 使得T ( u ) = 0 T(u) = 0 T ( u ) = 0 ,通过(23)我们有w ( u ) ≥ w ( u ) + 1 w(u) \geq w(u) + 1 w ( u ) ≥ w ( u ) + 1 ,如果u ≠ 0 u \neq 0 u = 0 这是不可能的,因为w ( u ) w(u) w ( u ) 将是正整数。
对于A [ [ I ] ] \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] A [[ I ]] 中的每个形式级数v v v ,我们用H n ( v ) H_n(v) H n ( v ) 表示其次数n n n 的齐次成分。让我们用递归方程将连续的映射S , : A [ [ I ] ] → A [ [ I ] ] S, : \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] \to \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] S , : A [[ I ]] → A [[ I ]] 代入S 0 ( v ) = H 0 ( v ) S_0(v) = H_0(v) S 0 ( v ) = H 0 ( v ) 和定义
(24)
S n ( v ) = H n ( v − T ( ∑ k = 0 n − 1 S k ( v ) ) ) for n ≥ 1
S_n(v) = H_n \left( v - T \left( \sum_{k=0}^{n-1} S_k(v) \right) \right) \quad \text{for} \quad n \geq 1
S n ( v ) = H n ( v − T ( k = 0 ∑ n − 1 S k ( v ) ) ) for n ≥ 1
把S ( v ) = ∑ n ≥ 0 S n ( v ) S(v) = \sum_{n \geq 0} S_n(v) S ( v ) = ∑ n ≥ 0 S n ( v ) ;如果ν ∈ N ( I ) \nu \in \mathbf{N}^{(\mathbf{I})} ν ∈ N ( I ) 和n = ∣ ν ∣ n = |\nu| n = ∣ ν ∣ ,则S ( v ) S(v) S ( v ) 中X ν X^\nu X ν 的系数S ν ( v ) S^\nu(v) S ν ( v ) 等于S , ( ν ) S,(\nu) S , ( ν ) 中X ν X^\nu X ν 的系数;由于S , S, S , 是连续的映射,所以映射S ν : A [ [ I ] ] → A S^\nu : \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] \to \mathbf{A} S ν : A [[ I ]] → A 是连续的。因此,通过A [ [ I ] ] = A N ( I ) \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] = \mathbf{A}^{\mathbf{N}^{(\mathbf{I})}} A [[ I ]] = A N ( I ) 上的乘积拓扑的定义,映射S : A [ [ I ] ] → A [ [ I ] ] S : \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] \to \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] S : A [[ I ]] → A [[ I ]] 是连续的。
我们将为所有v ∈ A [ [ I ] ] v \in \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] v ∈ A [[ I ]] 证明关系T ( S ( v ) ) = v T(S(v)) = v T ( S ( v )) = v ,这将完成引理的证明。设 v ∈ A [ [ I ] ] v \in \mathbf{A}[[\mathbf{I}]] v ∈ A [[ I ]] 、u n = S n ( v ) u_n = S_n(v) u n = S n ( v ) 和 u = S ( v ) u = S(v) u = S ( v ) 。令 n n n 为正整数,使得
(25)n _n n
ω ( v − T ( u ) ) ≥ n .
\omega(v - T(u)) \geq n .
ω ( v − T ( u )) ≥ n .
我们有w ( u − ( u 0 + … + u n − 1 ) ) ≥ n w(u - (u_0 + \ldots + u_{n-1})) \geq n w ( u − ( u 0 + … + u n − 1 )) ≥ n ,从而
ω ( T ( u ) − T ( u 0 + … + u n − 1 ) − u n ) ≥ n + 1
\omega(T(u) - T(u_0 + \ldots + u_{n-1}) - u_n) \geq n + 1
ω ( T ( u ) − T ( u 0 + … + u n − 1 ) − u n ) ≥ n + 1
由(23)。现在递归方程(24)表明
u n = H n ( v − T ( u 0 + ⋯ + u n − 1 ) )
u_n = H_n(v - T(u_0 + \cdots + u_{n-1}))
u n = H n ( v − T ( u 0 + ⋯ + u n − 1 ))
由(26) 可知,形式幂级数 v − T ( u ) v - T(u) v − T ( u ) 和v − T ( u 0 + … + u n − 1 ) − u n v - T(u_0 + \ldots + u_{n-1}) - u_n v − T ( u 0 + … + u n − 1 ) − u n 具有相同的齐次分量次数 n n n ,且该分量为零,由(27) 得到。因此我们有w ( v − T ( u ) ) ≥ n + 1 w(v - T(u)) \geq n + 1 w ( v − T ( u )) ≥ n + 1 ,即( 25 ) n (25)_n ( 25 ) n 意味着( 25 ) n + 1 (25)_{n+1} ( 25 ) n + 1 。由于( 25 ) 0 (25)_0 ( 25 ) 0 显然成立,因此对于每个整数n ≥ 0 n \geq 0 n ≥ 0 、从而v = T ( u ) = T ( S ( v ) ) v = T(u) = T(S(v)) v = T ( u ) = T ( S ( v )) ,我们都有ω ( v − T ( u ) ) ≥ n \omega(v - T(u)) \geq n ω ( v − T ( u )) ≥ n ,这有待证明。
对于本号的其余部分,对于任何集合I I I ,我们将用( f i ) i ∈ I (f_i)_{i \in I} ( f i ) i ∈ I 满足家庭的A { I } A\{I\} A { I } 集合表示以下条件: (i) 对于每个 i ∈ I i \in I i ∈ I ,f i f_i f i 是 A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 的元素,没有常数项; (ii) 如果 I I I 是无限的,f i f_i f i 沿着 I I I 的有限子集的补集过滤器趋于 0。
集合 A { I } A\{I\} A { I } 是合成律 ( f , g ) ↦ f ∘ g (f, g) \mapsto f \circ g ( f , g ) ↦ f ∘ g 的幺半群,{ X i } i ∈ I \{X_i\}_{i \in I} { X i } i ∈ I 为单位元。 A { I } A\{I\} A { I } 的可逆元的集合因此是群。
另一方面,令E E E 为A A A -代数A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 的所有连续单位自同态的幺半群,留下所有形式幂级数的理想,而没有常数项不变量。如果f ∈ A { I } f \in A\{I\} f ∈ A { I } 和g ∈ A [ [ I ] ] g \in A[[I]] g ∈ A [[ I ]] ,则定义了元素g ( f ) g(f) g ( f ) 。对于固定的f f f ,A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 的映射g ↦ g ( f ) g \mapsto g(f) g ↦ g ( f ) 自身就是E E E 的元素W f W_f W f 。如果 f 1 , f 2 ∈ A { I } f_1, f_2 \in A\{I\} f 1 , f 2 ∈ A { I } 和 g ∈ A [ [ I ] ] g \in A[[I]] g ∈ A [[ I ]] ,我们有公式 (5) (IV, p. 30)
W f 1 ∘ f 2 ( g ) = g ( f 1 ∘ f 2 ) = g ( f 1 ) ∘ f 2 = W f 2 ( W f 1 ( g ) )
W_{f_1 \circ f_2}(g) = g(f_1 \circ f_2) = g(f_1) \circ f_2 = W_{f_2}(W_{f_1}(g))
W f 1 ∘ f 2 ( g ) = g ( f 1 ∘ f 2 ) = g ( f 1 ) ∘ f 2 = W f 2 ( W f 1 ( g ))
因此,f ↦ W f f \mapsto W_f f ↦ W f 是与A { I } A\{I\} A { I } 相反的幺半群的同态进入E E E 。根据命题 4 (IV, p. 28),这个同态是双射的。
令 f = ( f i ) i ∈ I ∈ A { I } f = (f_i)_{i \in I} \in A\{I\} f = ( f i ) i ∈ I ∈ A { I } 和 ∑ j ∈ I α i j X j \sum_{j \in I} \alpha_{ij} X_j ∑ j ∈ I α ij X j 为f i f_i f i 次数 1 的齐次分量。对于I I I 中的任何固定j j j ,我们有α i j = 0 \alpha_{ij} = 0 α ij = 0 ,除了后缀i i i 的有限数,通过上面的假设(ii)。如果( λ i ) ∈ A ( I ) (\lambda_i) \in A^{(I)} ( λ i ) ∈ A ( I ) ,我们就有( ∑ j ∈ I α i j λ j ) ∈ A ( I ) \left( \sum_{j \in I} \alpha_{ij} \lambda_j \right) \in A^{(I)} ( ∑ j ∈ I α ij λ j ) ∈ A ( I ) 。
我们用T f T_f T f 表示A A A 线性映射1 ^1 1
( λ i ) ↦ ( ∑ j ∈ I α i j λ j )
(\lambda_i) \mapsto \left( \sum_{j \in I} \alpha_{ij} \lambda_j \right)
( λ i ) ↦ j ∈ I ∑ α ij λ j
A ( I ) A^{(I)} A ( I ) 变为 A ( I ) A^{(I)} A ( I ) 。如果g ∈ A { I } g \in A\{I\} g ∈ A { I } ,很容易验证
T f ∘ g = T f ∘ T g .
T_{f \circ g} = T_f \circ T_g .
T f ∘ g = T f ∘ T g .
1 ^1 1 有时 T f T_f T f 称为线性映射与 f f f 相切。
— 令 f ∈ A { I } f \in A\{I\} f ∈ A { I } ;那么下面的条件是等价的: (i) 对于律 ∘ \circ ∘ ,f f f 在 A { I } A\{I\} A { I } 中是可逆的; (ii) T f T_f T f 在环 E n d ( A ( I ) ) \mathrm{End}(A^{(I)}) End ( A ( I ) ) 中可逆。
引用了 1 · 被以下引用 2 引用了 引理 2
被以下引用 推论 , 命题 14
蕴涵 (i) ⇒ \Rightarrow ⇒ (ii) 是 (28) 中的直接的。现在假设 T f T_f T f 在 E n d ( A ( I ) ) \mathrm{End}(A^{(I)}) End ( A ( I ) ) 中是可逆的。存在g = ( g i ) i ∈ A { I } g = (g_i)_i \in A\{I\} g = ( g i ) i ∈ A { I } ,使得每个g i g_i g i 是次数l l l 的齐次,并且T g ∘ T f T_g \circ T_f T g ∘ T f 是A ( I ) A^{(I)} A ( I ) 的恒等映射。写h = g ∘ f h = g \circ f h = g ∘ f ;则(28)可知T h T_h T h 是A ( I ) A^{(I)} A ( I ) 的恒等映射,相当于断言ω ( h i − X i ) ≥ 2 \omega(h_i - X_i) \geq 2 ω ( h i − X i ) ≥ 2 。因此,通过IV的引理2,p. 35h h h 在A { I } A\{I\} A { I } 中是可逆的。显然,g g g 在 A { I } A\{I\} A { I } 中可逆,因此 f f f 在 A { I } A\{I\} A { I } 中可逆。
— 设 f i ( Y 1 , Y 2 , … , Y q , X 1 , X 2 , … , X p ) f_i(Y_1, Y_2, \ldots, Y_q, X_1, X_2, \ldots, X_p) f i ( Y 1 , Y 2 , … , Y q , X 1 , X 2 , … , X p ) (1 ≤ i ≤ q 1 \leq i \leq q 1 ≤ i ≤ q ) 为 q q q 正式幂级数,在 A [ [ Y 1 , … , Y q , X 1 , … , X p ] ] A[[Y_1, \ldots, Y_q, X_1, \ldots, X_p]] A [[ Y 1 , … , Y q , X 1 , … , X p ]] 中没有常数项。如果形式幂级数 D = det ( ∂ f i ∂ Y j ) D = \det \left( \frac{\partial f_i}{\partial Y_j} \right) D = det ( ∂ Y j ∂ f i ) 的常数项在 A A A 中可逆,则 q q q 形式幂级数 u 1 ( X 1 , … , X p ) , … , u q ( X 1 , … , X p ) u_1(X_1, \ldots, X_p), \ldots, u_q(X_1, \ldots, X_p) u 1 ( X 1 , … , X p ) , … , u q ( X 1 , … , X p ) 中恰好存在一个系统,使得
f i ( u 1 , … , u q , X 1 , … , X p ) = 0 ( 1 ≤ i ≤ q ) .
f_i(u_1, \ldots, u_q, X_1, \ldots, X_p) = 0 \quad (1 \leq i \leq q).
f i ( u 1 , … , u q , X 1 , … , X p ) = 0 ( 1 ≤ i ≤ q ) . 把
f q + 1 = X 1 , … , f q + p = X p f_{q+1} = X_1, \ldots, f_{q+p} = X_p f q + 1 = X 1 , … , f q + p = X p ,
f = ( f 1 , … , f p + q ) f = (f_1, \ldots, f_{p+q}) f = ( f 1 , … , f p + q ) ,则
det T f \det T_f det T f 等于
D D D 的常数项,因此在
A A A 中可逆;因此
T f T_f T f 是可逆的。根据命题 10,存在形式幂级数,没有常数项
g 1 , … , g q + p ∈ A [ [ Y 1 , … , Y q , X 1 , … , X p ] ]
g_1, \ldots, g_{q+p} \in A[[Y_1, \ldots, Y_q, X_1, \ldots, X_p]]
g 1 , … , g q + p ∈ A [[ Y 1 , … , Y q , X 1 , … , X p ]] 这样在写作时
g = ( g 1 , … , g p + q ) , 1 p + q = ( Y 1 , … , Y q , X 1 , … , X p )
g = (g_1, \ldots, g_{p+q}), \quad 1_{p+q} = (Y_1, \ldots, Y_q, X_1, \ldots, X_p)
g = ( g 1 , … , g p + q ) , 1 p + q = ( Y 1 , … , Y q , X 1 , … , X p ) 我们有
f ∘ g = g ∘ f = 1 p + q f \circ g = g \circ f = 1_{p+q} f ∘ g = g ∘ f = 1 p + q 。 关系
f ∘ g = 1 p + q f \circ g = 1_{p+q} f ∘ g = 1 p + q ,特别是给出
g q + 1 = X 1 , … , g q + p = X p .
g_{q+1} = X_1, \ldots, g_{q+p} = X_p.
g q + 1 = X 1 , … , g q + p = X p . 因此
f i ( g 1 , … , g q , X 1 , … , X p ) = Y i ( 1 ≤ i ≤ q ) .
f_i(g_1, \ldots, g_q, X_1, \ldots, X_p) = Y_i \quad (1 \leq i \leq q).
f i ( g 1 , … , g q , X 1 , … , X p ) = Y i ( 1 ≤ i ≤ q ) . 现在放
u i ( X 1 , … , X p ) = g i ( 0 , … , 0 , X 1 , … , X p ) ( 1 ≤ i ≤ q ) ;
u_i(X_1, \ldots, X_p) = g_i(0, \ldots, 0, X_1, \ldots, X_p) \quad (1 \leq i \leq q);
u i ( X 1 , … , X p ) = g i ( 0 , … , 0 , X 1 , … , X p ) ( 1 ≤ i ≤ q ) ; 将 (30) 中的每个
Y i Y_i Y i 替换为 0,我们得到所需的关系 (29)。
引用了 1 引用了 命题 10
相反,假设环 A [ [ X 1 , … , X p ] ] A[[X_1, \ldots, X_p]] A [[ X 1 , … , X p ]] 满足关系 (29) 中的形式幂级数 u 1 , … , u q u_1, \ldots, u_q u 1 , … , u q 。 关系 g ∘ f = 1 p + q g \circ f = 1_{p+q} g ∘ f = 1 p + q 意味着
g i ( f 1 , … , f q , X 1 , … , X p ) = Y i ( 1 ≤ i ≤ q ) ;
g_i(f_1, \ldots, f_q, X_1, \ldots, X_p) = Y_i \quad (1 \leq i \leq q);
g i ( f 1 , … , f q , X 1 , … , X p ) = Y i ( 1 ≤ i ≤ q ) ; 将(32)中的
u i u_i u i 代入
Y i Y_i Y i 代入
1 ≤ i ≤ q 1 \leq i \leq q 1 ≤ i ≤ q ,得(31),系统的解从而唯一性(29)。
8. 正式幂级数超过整环
(i) 环 A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 又是整环 。
(ii) 如果 u , v u, v u , v 为 A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 的非零元素,*则* ω ( u v ) = ω ( u ) + ω ( v ) \omega(uv) = \omega(u) + \omega(v) ω ( uv ) = ω ( u ) + ω ( v ) 。
对于每个J ⊂ I J \subset I J ⊂ I ,令φ J \varphi_J φ J 为A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 的同态代入A [ [ J ] ] A[[J]] A [[ J ]] ,通过将A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 的每个元素代入,当i ∈ J i \in J i ∈ J 时将X i X_i X i 代入X i X_i X i ,当X i X_i X i 时代入0 i ∈ I − J i \in I - J i ∈ I − J 。令u , v u, v u , v 为A [ [ I ] ] A[[I]] A [[ I ]] 、p = ω ( u ) p = \omega(u) p = ω ( u ) 、q = ω ( v ) q = \omega(v) q = ω ( v ) 的非零元素;存在 I I I 的有限子集 J J J 使得
φ J ( u ) ≠ 0 , φ J ( v ) ≠ 0 , ω ( φ J ( u ) ) = p , ω ( φ J ( v ) ) = q .
\varphi_J(u) \neq 0,\ \varphi_J(v) \neq 0,\ \omega(\varphi_J(u)) = p,\ \omega(\varphi_J(v)) = q.
φ J ( u ) = 0 , φ J ( v ) = 0 , ω ( φ J ( u )) = p , ω ( φ J ( v )) = q .
令 a(分别 b)为 φ J ( u ) \varphi_J(u) φ J ( u ) (分别 φ J ( v ) \varphi_J(v) φ J ( v ) )的次数 p p p (分别 q q q )的齐次分量。由于 J J J 是有限的,因此 a 和 b 是多项式。我们有a ≠ 0 , b ≠ 0 a \neq 0, b \neq 0 a = 0 , b = 0 ,因此有a b ≠ 0 ab \neq 0 ab = 0 (IV,p. 9,提案 8)。因此 φ J ( u ) φ J ( v ) \varphi_J(u)\ \varphi_J(v) φ J ( u ) φ J ( v ) 是非零,阶 p + q p + q p + q 。由此可见 u v ≠ 0 uv \neq 0 uv = 0 和 ω ( u v ) ≤ p + q \omega(uv) \leq p + q ω ( uv ) ≤ p + q ;但显然ω ( u v ) ≥ p − q \omega(uv) \geq p - q ω ( uv ) ≥ p − q 。
9. The field of fractions of the ring of formal power series in one indeterminate over a field
如果K是交换域,我们用整环K [ [ X ] ] K[[X]] K [[ X ]] 分数的K ( ( X ) ) K((X)) K (( X )) 域来表示。
设u = w / t u = w/t u = w / t ,其中w , t w, t w , t 是K [ [ X ] ] K[[X]] K [[ X ]] 的非零元素。我们有w = X r w 1 , t = X s t 1 w = X^r w_1, t = X^s t_1 w = X r w 1 , t = X s t 1 ,其中r , s ∈ N r, s \in \mathbf{N} r , s ∈ N 和w 1 , t 1 w_1, t_1 w 1 , t 1 是阶0的形式幂级数,因此在K [ [ X ] ] K[[X]] K [[ X ]] 中可逆(IV,p. 30,命题6)。那么u = X r − s w 1 t 1 − 1 u = X^{r-s} w_1 t_1^{-1} u = X r − s w 1 t 1 − 1 和w 1 t 1 − 1 w_1 t_1^{-1} w 1 t 1 − 1 是阶0的正式幂级数。
让我们证明唯一性。假设u = X k 1 v 1 = X k 2 v 2 u = X^{k_1} v_1 = X^{k_2} v_2 u = X k 1 v 1 = X k 2 v 2 ,其中k 1 , k 2 ∈ Z k_1, k_2 \in \mathbf{Z} k 1 , k 2 ∈ Z 和v 1 , v 2 v_1, v_2 v 1 , v 2 是阶0的形式幂级数。由于X k 1 − k 2 = v 2 v 1 − 1 X^{k_1 - k_2} = v_2 v_1^{-1} X k 1 − k 2 = v 2 v 1 − 1 是阶0的形式幂级数,我们有k 1 = k 2 k_1 = k_2 k 1 = k 2 从而v 1 = v 2 v_1 = v_2 v 1 = v 2 ,这就证明了唯一性断言。
我们可以说,K ( ( X ) ) K((X)) K (( X )) 的元素是X X X 中的*广义形式幂级数*,系数在K K K 中,或者在不会产生混淆的情况下简单地形式化幂级数(然后称为K [ [ X ] ] K[[X]] K [[ X ]] 的元素) 正式幂级数带正指数 );如果第12条命题中定义的u ≠ 0 u \neq 0 u = 0 、整数k k k 也称为u u u 的*阶*,写成ω ( u ) \omega(u) ω ( u ) ,即使它是< 0 < 0 < 0 ;我们还放了ω ( 0 ) = ∞ \omega(0) = \infty ω ( 0 ) = ∞ 。可以立刻验证
ω ( u + v ) ≥ inf ( ω ( u ) , ω ( v ) ) ω ( u + v ) = inf ( ω ( u ) , ω ( v ) ) if ω ( u ) ≠ ω ( v ) ω ( u v ) = ω ( u ) + ω ( v )
\begin{align*}
\omega(u + v) &\geq \inf(\omega(u), \omega(v)) \\
\omega(u + v) &= \inf(\omega(u), \omega(v)) \quad \text{if}\ \ \omega(u) \neq \omega(v) \\
\omega(uv) &= \omega(u) + \omega(v)
\end{align*}
ω ( u + v ) ω ( u + v ) ω ( uv ) ≥ inf ( ω ( u ) , ω ( v )) = inf ( ω ( u ) , ω ( v )) if ω ( u ) = ω ( v ) = ω ( u ) + ω ( v )
仍然适用于广义正式幂级数。特别是,如果u ≠ 0 u \neq 0 u = 0 ,则w ( u − 1 ) = − w ( u ) w(u^{-1}) = -w(u) w ( u − 1 ) = − w ( u ) 。 \* 在其他字(Comm. Alg.、VI, § 3, No. 6、p. 392、Def. 3)中,w 是域 K ( ( X ) ) K((X)) K (( X )) 的标准化离散估值。 \*
对于每个整数n ∈ Z n \in \mathbf{Z} n ∈ Z ,令p n p_n p n 为所有u ∈ K ( ( X ) ) u \in K((X)) u ∈ K (( X )) 中的集合,使得ω ( u ) ≥ n \omega(u) \geq n ω ( u ) ≥ n 。则(p.),,,是加法群K ( ( X ) ) K((X)) K (( X )) 子群递减序列,和交0;因此,K ( ( X ) ) K((X)) K (( X )) 上存在拓扑,在翻译下不变,其中( p n ) n ∈ Z (p_n)_{n \in \mathbf{Z}} ( p n ) n ∈ Z 是0的邻域的基本系统(Gen.Top.,III,p. 223)。我们可以很容易地验证K ( ( X ) ) K((X)) K (( X )) 是一个拓扑域(Gen.Top.,III,p. 281),并且K [ [ X ] ] K[[X]] K [[ X ]] 是K ( ( X ) ) K((X)) K (( X )) 的开闭子空间。
令( α n ) n ∈ Z (\alpha_n)_{n \in \mathbf{Z}} ( α n ) n ∈ Z 是K K K 的元素族,并假设存在整数N,使得a n = 0 a_n = 0 a n = 0 对于所有n < N n < N n < N 。然后家庭的 ( α n X n ) n ∈ Z (\alpha_n X^n)_{n \in \mathbf{Z}} ( α n X n ) n ∈ Z 可在 K ( ( X ) ) K((X)) K (( X )) 中求和(Gen. Top., III, p. 263, Cor.);放入u = ∑ n ∈ Z α n X n u = \sum_{n \in \mathbf{Z}} \alpha_n X^n u = ∑ n ∈ Z α n X n ,则u = 0 u = 0 u = 0 当且仅当a n = 0 a_n = 0 a n = 0 对于所有n n n ;否则,u u u 的阶是最小的整数 k,使得α k ≠ 0 \alpha_k \neq 0 α k = 0 。最后,K ( ( X ) ) K((X)) K (( X )) 的每个元素都可以以独特的方式写成形式∑ n ∈ Z α n X n \sum_{n \in \mathbf{Z}} \alpha_n X^n ∑ n ∈ Z α n X n ,其中序列( α n ) (\alpha_n) ( α n ) 对于所有足够大n满足α − n = 0 \alpha_{-n} = 0 α − n = 0 。
由于环K [ X ] K[X] K [ X ] 是K [ [ X ] ] K[[X]] K [[ X ]] 的子环,每个有理分式u / v ∈ K ( X ) u/v \in K(X) u / v ∈ K ( X ) (u,v是X中的多项式)可以用(广义)形式幂级数u v − 1 uv^{-1} u v − 1 来识别K ( ( X ) ) K((X)) K (( X )) ,我们在原点将其称为展开;因此,域K ( X ) K(X) K ( X ) 被识别为K ( ( X ) ) K((X)) K (( X )) 的子域。
10. 指数和对数
通过指数幂级数,我们可以理解Q [ [ X ] ] Q[[X]] Q [[ X ]] 的元素∑ n ≥ 0 X n n ! \sum_{n \geq 0} \frac{X^n}{n!} ∑ n ≥ 0 n ! X n ;它将用 exp X 或 e X e^X e X 表示。
— 在Q [ [ X , Y ] ] Q[[X, Y]] Q [[ X , Y ]] ,我们有e X + Y = e X e Y e^{X+Y} = e^X e^Y e X + Y = e X e Y 。
被以下引用 1 被以下引用 命题 14
对于二项式公式给出
( X + Y ) n n ! = ∑ i + j = n X i i ! Y j j !
\frac{(X+Y)^n}{n!} = \sum_{i+j=n} \frac{X^i}{i!} \frac{Y^j}{j!}
n ! ( X + Y ) n = i + j = n ∑ i ! X i j ! Y j
因此
e X e Y = ( ∑ i ≥ 0 X i i ! ) ( ∑ j ≥ 0 Y j j ! ) = ∑ i , j ≥ 0 X i i ! Y j j ! = ∑ n ≥ 0 ∑ i + j = n X i i ! Y j j !
e^X e^Y = \left( \sum_{i \geq 0} \frac{X^i}{i!} \right) \left( \sum_{j \geq 0} \frac{Y^j}{j!} \right) = \sum_{i,j \geq 0} \frac{X^i}{i!} \frac{Y^j}{j!} = \sum_{n \geq 0} \sum_{i+j=n} \frac{X^i}{i!} \frac{Y^j}{j!}
e X e Y = ( i ≥ 0 ∑ i ! X i ) ( j ≥ 0 ∑ j ! Y j ) = i , j ≥ 0 ∑ i ! X i j ! Y j = n ≥ 0 ∑ i + j = n ∑ i ! X i j ! Y j
= ∑ n ≥ 0 ( X + Y ) n n ! = e X + Y .
= \sum_{n \geq 0} \frac{(X+Y)^n}{n!} = e^{X+Y}.
= n ≥ 0 ∑ n ! ( X + Y ) n = e X + Y .
我们将Q [ [ X ] ] Q[[X]] Q [[ X ]] 中的定义两个元素e ( X ) e(X) e ( X ) 、I(X)
e ( X ) = e X − 1 = ∑ n ≥ 1 X n n !
e(X) = e^X - 1 = \sum_{n \geq 1} \frac{X^n}{n!}
e ( X ) = e X − 1 = n ≥ 1 ∑ n ! X n
(34)
l ( X ) = ∑ n ≥ 1 ( − 1 ) n − 1 X n n .
l(X) = \sum_{n \geq 1} (-1)^{n-1} \frac{X^n}{n}.
l ( X ) = n ≥ 1 ∑ ( − 1 ) n − 1 n X n .
我们有 (35)
e ( X + Y ) = e ( X ) + e ( Y ) + e ( X ) e ( Y )
e(X+Y) = e(X) + e(Y) + e(X)e(Y)
e ( X + Y ) = e ( X ) + e ( Y ) + e ( X ) e ( Y ) (36)
D ( e X ) = D ( e ( X ) ) = e X
D(e^X) = D(e(X)) = e^X
D ( e X ) = D ( e ( X )) = e X (37)
D ( l ( X ) ) = ∑ n ≥ 0 ( − X ) n = ( 1 + X ) − 1 .
D(l(X)) = \sum_{n \geq 0} (-X)^n = (1+X)^{-1}.
D ( l ( X )) = n ≥ 0 ∑ ( − X ) n = ( 1 + X ) − 1 .
级数 l 和 e 没有常数项,并且它们的次数 1 的项等于 X。根据IV、p. 37的第10条命题,足以证明公式l ( e ( X ) ) = X l(e(X)) = X l ( e ( X )) = X 。由公式 (36) 和 (37) 以及 Cor。 IV、p. 33 中的 3 个我们有
D ( l ( e ( X ) ) ) = ( 1 + e ( X ) ) − 1 D ( e ( X ) ) = ( e X ) − 1 e X = 1
D(l(e(X))) = (1 + e(X))^{-1} D(e(X)) = (e^X)^{-1} e^X = 1
D ( l ( e ( X ))) = ( 1 + e ( X ) ) − 1 D ( e ( X )) = ( e X ) − 1 e X = 1
从而I ( e ( X ) ) = X I(e(X)) = X I ( e ( X )) = X 。
令 K 为 Q 代数,则 K[[I]] 的元素在没有常数项形式的情况下是加法下的可交换群 E \mathscr{E} E 。 K[[I]] 的元素,常数项 1 形式是乘法 (IV, p. 30) 下的可交换群 A \mathbf{A} A 。对于每个f ∈ E f \in \mathscr{E} f ∈ E ,我们可以得到E \mathscr{E} E 的定义、元素、e ∘ f e \circ f e ∘ f 和I ∘ f I \circ f I ∘ f ,并且根据上面的第14条命题,映射、f ↦ l ∘ f f \mapsto l \circ f f ↦ l ∘ f 和f ↦ e ∘ f f \mapsto e \circ f f ↦ e ∘ f 是置换的互逆E \mathscr{E} E ;显然它们是连续的。从exp X = e ( X ) + 1 \exp X = e(X) + 1 exp X = e ( X ) + 1 开始,我们看到指数映射f ↦ exp f = e ∘ f + 1 f \mapsto \exp f = e \circ f + 1 f ↦ exp f = e ∘ f + 1 是E \mathscr{E} E 到M \mathscr{M} M 的连续双射。根据IV、p. 29和第13号提案的公式(4),我们有exp ( f + g ) = ( exp f ) ( exp g ) \exp(f+g) = (\exp f)(\exp g) exp ( f + g ) = ( exp f ) ( exp g ) 对应f , g ∈ E f, g \in \mathscr{E} f , g ∈ E 。因此,拓扑群E \mathscr{E} E 到拓扑群A \mathbf{A} A 的指数是同构。
M \mathscr{M} M 乘以E \mathscr{E} E 的逆同构称为对数,写为g ↦ log g g \mapsto \log g g ↦ log g 。因此,我们在 M \mathscr{M} M 中得到 g g g 的 log g = l ( g − 1 ) \log g = l(g-1) log g = l ( g − 1 ) ,特别是,
(38)
log ( 1 + X ) = l ( X ) .
\log(1+X) = l(X).
log ( 1 + X ) = l ( X ) .
由于 M \mathscr{M} M 右 E \mathscr{E} E 的对数为同态,因此公式 ( 1 + X ) ( 1 + Y ) = 1 + ( X + Y + X Y ) (1+X)(1+Y) = 1 + (X+Y+XY) ( 1 + X ) ( 1 + Y ) = 1 + ( X + Y + X Y ) 意味着
(39)
l ( X ) + l ( Y ) = l ( X + Y + X Y ) .
l(X) + l(Y) = l(X+Y+XY).
l ( X ) + l ( Y ) = l ( X + Y + X Y ) .
令( u λ ) λ ∈ L (u_\lambda)_{\lambda \in L} ( u λ ) λ ∈ L 是B \mathscr{B} B 的元素的可和族,那么( exp u λ ) λ ∈ L (\exp u_{\lambda})_{\lambda \in L} ( exp u λ ) λ ∈ L 是可乘的,我们有
(40)
exp ( ∑ λ ∈ L u λ ) = ∏ λ ∈ L exp u λ .
\exp \left( \sum_{\lambda \in L} u_{\lambda} \right) = \prod_{\lambda \in L} \exp u_{\lambda}.
exp ( λ ∈ L ∑ u λ ) = λ ∈ L ∏ exp u λ .
类似地,如果 ( f λ ) λ ∈ L (f_\lambda)_{\lambda \in L} ( f λ ) λ ∈ L 是 A 的元素的可乘族,则族 ( log f λ ) λ ∈ L (\log f_\lambda)_{\lambda \in L} ( log f λ ) λ ∈ L 可求和,我们有
(41)
log ( ∏ λ ∈ L f λ ) = ∑ λ ∈ L log f λ .
\log \left( \prod_{\lambda \in L} f_\lambda \right) = \sum_{\lambda \in L} \log f_\lambda .
log ( λ ∈ L ∏ f λ ) = λ ∈ L ∑ log f λ .
令g ∈ A g \in A g ∈ A ,并令D为K [ [ I ] ] K[[I]] K [[ I ]] 的连续推导。我们有 log g = l ( g − 1 ) \log g = l(g - 1) log g = l ( g − 1 ) ,因此 Cor. IV、p. 33 中的 3 个和 (37) 我们有
(42)
D log g = D ( g ) / g .
D \log g = D(g)/g .
D log g = D ( g ) / g .
表达式D ( g ) / g D(g)/g D ( g ) / g 称为g(相对于D)的对数导数。
习题
参见习题为 § 4 。