形式陈述
设 $R$ 为交换含幺环,理想 $I_1,\ldots,I_n$ 两两互素,即 $I_i+I_j=R$($i\ne j$)。规范同态
$$ \Phi:R\to\prod_{i=1}^n R/I_i,\qquad r\mapsto(r+I_1,\ldots,r+I_n) $$是满射,核为 $\bigcap_i I_i$。两两互素还保证 $\bigcap_i I_i=\prod_i I_i$,故第一同构定理给出
$$ R/\prod_i I_i\cong\prod_i R/I_i. $$对两个理想,满射性可由 $1=a+b$($a\in I,b\in J$)显式构造同时满足两个剩余类的元素。
直觉
互素理想像彼此独立的模条件:每个坐标可单独指定,环中存在一个元素同时实现全部局部剩余。
例子与边界
在 $\mathbb Z$ 中取 $(m),(n)$ 且 $\gcd(m,n)=1$,得到 $\mathbb Z/(mn)\cong\mathbb Z/m\times\mathbb Z/n$。在 $F[x]$ 中,互素多项式 $f,g$ 给出 $F[x]/(fg)\cong F[x]/(f)\times F[x]/(g)$。若理想不互素,映射一般不满:模 $4$ 与模 $2$ 的两个剩余必须相容,不能任意指定。即使不互素,核仍是交 $I\cap J$,但交未必等于乘积。定理给出的解只在模交(互素时模乘积)意义下唯一,不是环中字面唯一。无限族理想不能直接照搬有限乘积的满射结论。
推论与应用
环版中国剩余定理分解商环、同余方程与有限代数,应用于快速模运算、幂等元分解和局部—整体计算。
参考资料
- David S. Dummit and Richard M. Foote, Abstract Algebra, 3rd ed., Wiley, 2004,Ch. 7, Chinese remainder theorem for ideals。
- Michael Artin, Algebra, 2nd ed., Pearson, 2011,Ch. 11, comaximal ideals and product decompositions。