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整闭包

Integral closure · Normalization of a domain

给定扩环中所有在基环上整的元素所成的子环,以及由此定义的整闭性质。

条目类型
定义

形式陈述

AB 为交换含幺环扩张。AB 中的整闭包定义为

AB={bB:b 在 A 上整}.

整元素对加法、减法和乘法封闭,所以 ABB 的子环,并且

AABB

的第一段是整扩张。它在 B 中已经整闭:若 bBAB 上整,整性的传递性推出 bA 上整,故 bAB

A整环K=Frac(A) 为其分式域,则不加上标的“A 的整闭包”通常专指 AK 中的整闭包。若该闭包就是 A,称 A 为整闭整环。若 L/K 是代数域扩张,也常研究 AL 中的整闭包;它一般比在 K 中的闭包大,因此环境域必须明确写出。

直觉

整闭包是在既定环境中补齐所有“应由首一方程属于基环”的元素。它不像分式域那样允许任意分母,而只接纳那些仍受有限模关系控制的分式。整闭整环则没有隐藏的整分式:只要一个分式满足 A 系数首一方程,它其实已经在 A 中。

几何上,非整闭坐标环常对应曲线的自交、尖点或参数缺失。把整闭包取出来会把这些由有限双有理映射造成的粘连解开,这一过程称为正规化。它通常保留函数域,却可能把一个奇异点拆成多个点或补上缺失的参数;因此“正规化”不是单纯改变方程写法。

例子与边界

ZQ 中整闭。若 a/bQ 以互素整数表示并满足首一整数方程,乘以 bn 后可推出 ban,故 b=±1。同理,唯一分解整环都是整闭整环,但反命题不成立:一般整闭 Noether 整环不必是唯一分解整环。

A=k[t2,t3]k(t).

元素 t 满足 T2t2=0,所以在 A 上整,而 tAA 不是整闭的。其在 k(t) 中的整闭包是 k[t]。这对应尖点 y2=x3 的参数化 x=t2,y=t3:正规化后的仿射直线用参数 t 解开尖点。

数论中,Z[5]Q(5) 中也不整闭。元素

α=1+52

满足 α2α1=0,所以是整元素却不属于 Z[5];完整整闭包为 Z[α]。这里若把环境误写成 Frac(Z)=Q5α 根本不在其中,结论便失去意义。

整闭与因子分解也不能画等号。唯一分解整环必整闭,因为首一方程可用不可约元赋值比较分子分母;但整闭只排除隐藏的整分式,并不要求每个高度一素理想为主理想。代数数论中的非主理想类正提供大量整闭而非唯一分解的整数环。

推论与应用

整闭性可以局部检验。对整环 A

A 整闭Ap 对每个素理想 p 都整闭.

并且若 AA 在某个扩域中的整闭包,乘法集 SA 满足

S1A=S1A,

右侧是在相应局部化扩域中的整闭包。证明反向包含时需清除整方程系数的有限多个分母,不能只说“局部化显然交换”。

正规性是代数几何和代数数论的共同语言:正规仿射整概形对应整闭整环,数域的整数环是 Z 在该数域中的整闭包。需要注意,整闭包的有限生成性不是对任意 Noether 整环和任意有限域扩张自动成立;对有限生成域代数、优秀环或 Japanese 环等类别才有相应有限性定理。把这一额外结论当作整性的形式后果,会漏掉重要反例。

参考资料
  • M. F. Atiyah and I. G. Macdonald, Introduction to Commutative Algebra, Addison-Wesley, 1969,Chapter 5, integral closure and valuations。
  • David Eisenbud, Commutative Algebra with a View Toward Algebraic Geometry, Springer, 1995,Chapter 4, normalization。
  • Jürgen Neukirch, Algebraic Number Theory, Springer, 1999,Chapter I, algebraic integers and integral closure。
关系图谱6 个相邻概念 · 1 类关系

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