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附录 3 希尔伯特零点定理
定理 1 00QM
设A为整环,K为分数的域,L为交换K-代数。假设A-代数L是由有限多个元素生成的,并且L是域。
a) K 上的 L 的次数是有限的。
b) A 存在非零元素 ,使得 K 等于 。
令 S 为生成子集 / A-代数 L。我们使用归纳法在S枢机主教上。
首先,假设 S 的元素都是 K 上的代数。那么 K 上的 L 的次数是有限的(V, §3, No. 2、p. 18、定理 2)。令为K上L的基。存在A的非零元素,使得S的元素、元素1和元素相对于该基的坐标为在I属于到。 线性组合 的集合加上每个 的 则为 L 的子环。 包含 A 和 S 乘以构造,因此等于 L。特别是包含,所以K等于。
现在假设S的元素超越K。用环的分数的E域来表示。 ]-代数L由S生成。到归纳假设,存在非零的多项式,使得E等于。令 为 K (V, §4, No. 3, p. 23, 定理 2) 的代数闭包。由于域是无限的(V, §4, No. 1,p. 20,命题3),因此存在元素使得。令为唯一同态,从K-代数到K-代数,将发送到。这是荒谬的,因为 E 是 K 的超越扩张,而 是 K 的代数扩张。这完成了定理的证明。
推论 1 00RV
设K为交换域,A为由有限多个元素生成的交换K-代数,为A的最大理想。
a) K 上的 的次数是有限的。
b) 令Ω为K的代数闭扩张。从A到Ω存在K-代数同态,且核。
K-代数由有限多个元素生成,是域。通过定理 1,的次数是有限的; 断言a)如下。 有限次数的 K 的每个扩张同构于 Ω 的子扩张 (V, §4, No. 1, p. 20, 定理 1);这给出了b)。
(i) 多项式 在 中没有公共零点。
(ii) 存在一个族,其中有限支撑,元素,,使得。
用 A 环 和 表示由多项式 生成的理想值。 条件(i)表示从到Ω不存在K-代数同态。如果满足,则根据推论1,环没有极大理想,因此为零,并且1属于到。这证明(i)蕴含(ii)。 (ii) (i) 的含义是明确的。