形式陈述
设 是交换含幺 Noether 环公理库Noether 环Noetherian ring每个理想有限生成,等价地理想升链最终稳定的环。,。Lasker–Noether 定理断言存在有限个准素理想公理库准素理想Primary ideal准素理想允许商环有幂零零因子,却不允许非幂零零因子;通过厚直线与嵌入点反例区分素性、准素性与根为素。,使
这称为 的准素分解。若各根 互不相同,且删去任何一项都会改变交,则称该分解为最小或不可冗余分解。
最小分解的根集合 由 唯一决定,等于 。其中包含关系下的极小者,是包含 的极小素理想;其余称为嵌入伴随素理想。对应极小素理想的准素分量唯一,嵌入准素分量一般不唯一。
这是理想的交分解。除非另有互素等条件,不能改写成乘积分解,也不能直接当作 Dedekind 域中的素理想唯一分解。
直觉
取根只能看到底层几何有哪些不可约分支,准素分解还保留分支上的幂零厚度,以及埋在分支内部更小集合上的结构。根集合的唯一性说明“额外结构出现在哪里”是内在的;嵌入分量不唯一则说明“怎样把厚度分配给局部方程”可能有多种选择。
即使只有一条几何直线,也可能需要两个准素分量。下面的例子没有第二条直线,却有一个被普通零点集合隐藏的原点分量。
例子与边界
完整核验 的分解
在 中,令
显然 。反过来,若 ,可写
模 后, 在整环 中成立,所以 ,即 。因此
从而
本身素; 中所有零因子幂零,所以 是 -准素。两个根为 和 ,不同;、,说明任一分量都不能删去。因此这是最小准素分解。
蓝点表示对应单项式属于理想。第三幅同时满足前两幅的成员条件,留下 i≥2 或 i≥1 且 j≥1 的指数点。 但还有另一种最小分解:
因为 ,其中又能被 整除的单项式恰由 生成。两个嵌入分量 与 并不相同:前者含 ,后者不含。根集合却完全一样。
Noether 性在哪里发挥作用
称理想不可约,是指它不能写成两个严格更大理想的交。若某个理想不能有限交分解为不可约理想,Noether 升链条件允许在所有坏例子中选一个极大者 。它本身必可约,写作 ,其中 严格更大;极大性保证 都有有限分解,合并又给 的有限分解,矛盾。
还需证明 Noether 环中的不可约理想是准素。取商后,只需研究零理想不可约的环。若 、,考虑升链
它在某个 后稳定。若 ,写成 ,则 ,所以 ;稳定性推出 ,即 。因此 。零理想不可约且 ,迫使 。这正是准素条件。
这两步合起来证明存在性。它们依赖升链终止,却不自动给出对任意输入多项式理想高效的分解算法;存在定理与计算复杂度应分开。
推论与应用
伴随素理想公理库伴随素理想Associated prime用非零模元素的素零化子定义伴随素理想,计算线与嵌入点,并证明所有零因子恰由这些素理想覆盖。提供不依赖分解选择的描述。在本例中, 的零化子为 , 的零化子为 ,直接暴露极小分支与嵌入点。
局部化公理库环的局部化Localization of rings把指定乘法闭集中的元素形式地变为可逆元所得的环。可筛掉不经过所选位置的分量。例如在 处局部化, 成为单位,因此 ,嵌入原点分量消失;把这个理想缩回 ,恢复唯一的极小准素分量 。这解释为什么极小分量的唯一性较强,而嵌入分量有选择余地。
参考资料