Skip to content

定理Theorem

准素分解

Primary decomposition · Lasker-Noether theorem

Noether 理想可有限交分解为准素分量;证明存在性的机制,并完整核验带嵌入分量的两个不同最小分解。

形式陈述 ​

设 R 是交换含幺 Noether 环,I⊊R。Lasker–Noether 定理断言存在有限个准素理想,使

I=Q1∩⋯∩Qr.

这称为 I 的准素分解。若各根 pi=Qi 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 {p1,…,pr} 由 I 唯一决定,等于 AssR(R/I)。其中包含关系下的极小者,是包含 I 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 (x2,xy) 的分解 ​

在 R=k[x,y] 中,令

I=(x2,xy),Q1=(x),Q2=(x2,y).

显然 I⊆Q1∩Q2。反过来,若 f∈Q1∩Q2,可写

f=x2a+yb.

模 (x) 后,0=yb¯ 在整环 k[y] 中成立,所以 b¯=0,即 b=xc。因此

f=x2a+xyc∈I,

从而

I=(x)∩(x2,y).

Q1 本身素;R/Q2≅k[x]/(x2) 中所有零因子幂零,所以 Q2 是 (x,y)-准素。两个根为 (x) 和 (x,y),不同;x∈Q1∖I、y∈Q2∖I,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:

I=(x)∩(x,y)2.

因为 (x,y)2=(x2,xy,y2),其中又能被 x 整除的单项式恰由 x2,xy 生成。两个嵌入分量 (x2,y) 与 (x,y)2 并不相同:前者含 y,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 I。它本身必可约,写作 I=J∩K,其中 J,K 严格更大;极大性保证 J,K 都有有限分解,合并又给 I 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 ab=0、a≠0,考虑升链

Ann(b)⊆Ann(b2)⊆⋯.

它在某个 n 后稳定。若 z∈(a)∩(bn),写成 z=ra=sbn,则 bz=0,所以 sbn+1=0;稳定性推出 sbn=0,即 z=0。因此 (a)∩(bn)=0。零理想不可约且 (a)≠0,迫使 (bn)=0。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

伴随素理想提供不依赖分解选择的描述。在本例中,y¯ 的零化子为 (x),x¯ 的零化子为 (x,y),直接暴露极小分支与嵌入点。

局部化可筛掉不经过所选位置的分量。例如在 (x) 处局部化,y 成为单位,因此 I(x)=(x),嵌入原点分量消失;把这个理想缩回 R,恢复唯一的极小准素分量 (x)。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
关系图谱8 个相邻概念 · 2 类关系

拖动节点调整位置。

显示关系

显示:依赖

  1. 前置三跳
  2. 前置二跳
  3. 前置一跳
  4. 当前条目
  5. 后续一跳
  6. 后续二跳
  7. 后续三跳
文字版关系按与当前条目的最短距离分组
类型化关系