形式陈述
设 为交换含幺环公理库交换环Commutative ring乘法满足交换律的环。。真理想公理库理想Ideal对加法成子群且吸收环乘法的子集。 称为准素理想,若
幂次 可以依赖 。与素理想相比,结论从“一个因子已经落入理想”放宽为“一个因子的某次幂落入理想”。
等价地,非零商环公理库商环Quotient ring按理想的陪集构造的环。 中每个零因子公理库单位与零因子Unit · Invertible element · Zero divisor环中的可逆元素,以及能与某个非零元素相乘得到零的非零元素。都是幂零元:若 而 ,准素条件迫使 ;反向将这句话提升回 即得原定义。这里把 也视为零因子不影响结论。
准素理想的根公理库理想的根Radical of an ideal · 根理想收集某次幂落入给定理想的元素,并抹去商环中全部幂零信息所得的根理想。 一定是素理想公理库素理想Prime ideal商环为整环,等价地乘积落入该理想便至少有一因子落入其中的真理想。。若 且 ,取 使 ,此时 ,准素性给出 ,因此 。称 为 -准素理想。
直觉
素理想商掉以后没有非零零因子,对应一块不可约且没有幂零厚度的基本结构。准素理想允许在这块结构上留下有限幂次才能消失的厚度,但零因子必须来自这种幂零现象。
因此,“底层零点集合不可约”只是准素性的一个必要影子。它只看到根理想为素;如果零因子还携带藏在更小区域中的额外结构,就可能不准素。下面的 反例将直接展示这个区别。
例子与边界
一个加厚的点
在 中取 。商环为
每个元素唯一写成 。若 ,它的逆为
因为相乘的常数项为 、一次项抵消、二次项为零。若 ,则 。所以非单位全为幂零元,所有零因子也幂零, 是 -准素理想。
它却不是任何 :当 时, 属于 却不属于 ;当 时,一次项 不属于 ,却属于 。准素理想可类比素数幂,但不能直接定义成素理想的幂。
一个沿整条线的厚度
取 。商环元素唯一写成 。若 且
比较不含 与含一次 的系数,得到 、。因为 是整环,先有 ,再有 ,所以该元素不是零因子。若 ,元素平方为零。因此 是 -准素理想,其根并非极大理想。
根为素还不够
现在取
其根仍为 :一方面 ,另一方面 且 素。然而
所以 不准素。商环中 杀死非零的 ,但 自己不是幂零元,恰好违反准素商环的零因子条件。
几何上, 仍是底层直线,但关系 使额外的 只在原点留下来;离开原点、使 可逆后, 被迫为零。准素分解公理库准素分解Primary decomposition · Lasker-Noether theoremNoether 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。会把这条线与嵌入的原点结构分开描述。
推论与应用
若 是极大理想,则 必准素。因为 的唯一素理想是其幂零根公理库幂零根Nilradical由环中全部幂零元组成、也等于所有素理想之交的规范理想。,也就是唯一极大理想;每个不在它里面的元素都是单位,所以零因子只能是幂零元。这与前面根仅为一般素理想的反例不冲突。
在 Noether 环中,还存在统一整数 使 :为根理想选有限个生成元,对各自落入 的幂次作计数即可。但这个包含式本身在根非极大时不等价于准素性;上面的 也包含 。
研究准素理想时,可靠的检查顺序是:先确认真理想,再确定根,最后验证乘积条件或商环零因子条件。只完成第二步,不能宣布已经找到一个准素分量。
参考资料