국소화 (환론)
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
1. 개요
국소화는 가환환 R의 곱셈 닫힌 집합 S에 대해 분수를 사용하여 새로운 환을 만드는 방법이다. 이는 정역의 분수체와 유사하며, 비가환환에서도 정의될 수 있다. 국소화는 대수기하학에서 다양체의 국소적 성질을 연구하고, 정수론에서 특정 소수에서의 성질을 분석하는 데 사용된다. 가환환의 국소화는 소 아이디얼과 밀접한 관련이 있으며, 국소환 개념을 통해 환의 국소적 성질을 파악하는 데 중요한 도구이다. 비가환환의 국소화는 오레 조건을 만족하는 경우 오레 국소화를 통해 구성할 수 있으며, 미분 연산자 환과 같은 예시가 있다.
더 읽어볼만한 페이지
- 분수 - 연분수
연분수는 유클리드 호제법에서 비롯되어 실수를 유리수로 근사하는 데 쓰이는 형태의 식이며, 유리수와 무리수의 표현, 디오판토스 근사, 수렴, 선형 분수 변환, 초월 함수 전개, 원주율 및 네이피어 수 표현, 거듭제곱근 계산 등에 활용된다. - 분수 - 작은 수의 이름
작은 수의 이름은 한자 수사, 국제단위계 접두어, 롱 스케일과 숏 스케일 등 다양한 방식으로 표현되며, 현대에는 SI 접두어를 사용하는 것이 일반적이다. - 환론 - 뇌터 환
뇌터 환은 환론에서 아이디얼의 특정 조건을 만족하는 환을 지칭하며, 가환환의 경우 왼쪽, 오른쪽, 양쪽 뇌터 환의 개념이 일치하지만 비가환환의 경우 구별해야 하고, 힐베르트 기저 정리에 따라 뇌터 환 에 대해 다항식환 역시 뇌터 환이 된다. - 환론 - 다항식환
다항식환은 환을 계수로 하는 다항식들의 집합으로, 덧셈과 곱셈 연산에 대해 환을 이루며, 계수환이 체일 경우 유클리드 정역이 되고 대수기하학 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 한다. - 가환대수학 - 매개계
매개계는 뇌터 국소 가환환과 유한 생성 가군을 사용하여 정의되며, 가군의 길이와 크룰 차원을 활용하여 정칙 국소환에서 정칙 매개계의 성질을 규명하고, 추상대수기하학에서 기하학적 대상의 분류와 연구에 중요한 역할을 한다. - 가환대수학 - 크룰 차원
크룰 차원은 환 내의 소수 아이디얼 체인의 길이를 이용하여 정의되며, 환론 및 대수기하학에서 중요한 역할을 하고 다양한 개념으로 확장되어 사용된다.
국소화 (환론) | |
---|---|
개요 | |
유형 | 가환대수학 |
분야 | 수학 |
연산 | |
관련된 연산 | 완비화, 텐서곱 |
성질 | |
성질 | 정역, 뇌터 환, 정칙환 |
2. 가환환의 국소화
가환환의 국소화는 분수체와 유사하지만, 영인자를 갖는 환에서도 적용할 수 있도록 일반화된 개념이다.
가환환 의 곱셈 닫힌 집합 에 대한 국소화는 분자를 에, 분모를 에 갖는 분수 형태의 원소를 가지는 새로운 환 이다. 환이 정역인 경우, 이 구조는 분수체의 구조와 매우 유사하며, 특히 정수의 분수체로서의 유리수의 구조와 유사하다. 영인자를 갖는 환의 경우, 구조는 유사하지만 더 주의를 기울여야 한다.
예를 들어, 십진 소수는 10의 거듭제곱의 곱셈 집합에 의해 정수환을 국소화한 것이다. 이 경우 은 로 쓸 수 있는 유리수, 즉 이 정수이고 가 음이 아닌 정수인 유리수로 구성된다.
환 이 정역이고 가 을 포함하지 않는 경우, 환 은 의 분수체의 부분환이다. 따라서 정역의 국소화는 정역이다. 더 정확하게 말하면, 이는 분수 로 구성된, 의 분수체의 부분환이며, 여기서 이다. 이는 합 와 곱 이 의 두 원소이므로 부분환이다. 이는 곱셈 집합의 정의 속성에서 비롯되며, 이는 또한 임을 의미한다. 이 경우, 은 의 부분환이다. 이는 일반적으로, 특히 가 영인자를 포함하는 경우 더 이상 사실이 아니다.
「국소화」라는 이름의 기원은 대수기하학에 있다. 을 어떤 기하학적 대상(대수다양체) 위에서 정의된 함수환으로 한다. 이 다양체를 점 의 근방에서 "국소적으로" 조사하려 할 경우, 의 근방에서 이 아닌 함수 전체가 이루는 집합 를 생각하게 된다. 그런 의미에서, 을 에 관해 국소화하여 얻어지는 환 는 의 근방에서의 의 거동에 대한 정보만을 포함한다. (국소환도 참조).
수론 및 대수적 위상수학에서, 수 "에서의" 환이나 공간이라든지, 에서 "멀다"와 같은 언급을 할 때가 있다. "에서 멀다"("away from ")의 의미는, "그 환 안에서 이 가역" (따라서, '''Z'''[1/]-대수가 된다)라는 것이다. 예를 들어, 체에 대해 "소수 에서 멀다"라고 하면 "그 체의 표수는 와 다르다"는 의미가 된다. 는 "에서 멀다"지만 나 는 그렇지 않다.
2. 1. 정의
가환환 의 곱셈 닫힌 집합 에 대한 국소화 은 의 원소를 분자로, 의 원소를 분모로 하는 분수들의 집합이다. 은 다음 보편 성질을 만족시키는 가환환 및 환 준동형이다.# 임의의 에 대하여, 는 가역원이다.
# (1)을 만족시키는 임의의 가환환 및 환 준동형 에 대하여, 이 되는 환 준동형 가 유일하게 존재한다.
:
이때, 는 가 존재하여 인 경우로 정의되는 동치 관계를 사용하여, 영인자로 인해 발생할 수 있는 문제를 해결한다.
에서, 의 동치류는 , , 또는 로 표기된다.
의 덧셈과 곱셈은 다음과 같이 정의된다.
- 덧셈:
- 곱셈:
덧셈 항등원은 이고, 곱셈 항등원은 이다.
함수 는 에서 로의 환 준동형사상을 정의하며, 가 영인자를 포함하지 않는 경우에만 단사 함수이다. 만약 이면, 은 영환이 된다. 가 의 모든 정칙 원소의 집합이면, 은 의 전체 분수환이라고 불린다.
2. 2. 보편 성질
가 가환환이고, 가 곱셈에 대한 모노이드라고 하자. 그렇다면, 의 에 대한 '''국소화''' 는 다음 보편 성질을 만족시키는 가환환 및 환 준동형 으로 구성된다.# 임의의 에 대하여, 는 가역원이다.
# (1)을 만족시키는 임의의 가환환 및 환 준동형 에 대하여, 이 되는 환 준동형 가 유일하게 존재한다.
:
국소화는 항상 존재하며, 보편 성질의 성질에 따라서 유일한 동형 아래 유일하다.
환 준동형 사상 은 을 환 동형 사상까지 특징짓는 보편 성질을 만족한다. 만약 가 의 모든 원소를 의 단원 (가역 원소)으로 보내는 환 준동형 사상이라면, 를 만족하는 유일한 환 준동형 사상 가 존재한다.
환의 국소화의 보편성은 다음과 같다. 환 준동형 는 의 각 원소를 의 단원으로 대응시키고, 를 다른 환 준동형으로 의 각 원소를 의 단원에 대응시키는 것이라면, 환 준동형 로 를 만족하는 것이 단 하나 존재한다.
2. 3. 구성
가환환 와 곱셈에 대한 모노이드 가 주어졌을 때, 위에 다음과 같은 동치 관계를 정의할 수 있다.:
이는 , 에 대해 인 가 존재할 때 성립한다.
이때 로 정의한다. 이는 를 분수 와 같이 해석하는 것이다. 앞으로 를 로 표기한다.
위에는 다음과 같은 가환환 구조를 정의할 수 있다.
:
:
이와 같이 분수의 덧셈과 곱셈 연산을 정의하여 환 구조를 부여한다.
또한, 에서 로 가는 다음과 같은 환 준동형이 존재한다.
:
이는 일반적으로 단사 함수도, 전사 함수도 아니다.
2. 4. 예시
- 정수환 의 분수체는 유리수체 이며, 이는 의 0이 아닌 모든 원소로 이루어진 곱셈 닫힌 집합에 대한 국소화이다.
- 정수환 의 소 아이디얼 (는 소수)에 대한 국소화 는 분모가 의 배수가 아닌 유리수들의 집합이다. 즉, 다음과 같다.
:
- 정수환의 몫환 의 국소화는 중국인의 나머지 정리를 이용하여 이해할 수 있다. 만약 이고 와 가 1보다 큰 서로소 자연수라면, 이다. 이 경우 에 대한 국소화는 이다.
3. 비가환환의 국소화
가환환이 아닌 환의 국소화는 가환환의 경우보다 더 복잡하며, 항상 존재하지 않을 수도 있다. 임의의 환 및 부분 모노이드 에 대하여, 국소화 를 생각할 수 있는데, 이는 환의 범주에서 보편 성질을 만족시키는 환이다. 그러나 비가환환의 국소화는 일반적인 가환환의 국소화와 달리 다음 성질들이 모두 성립하지 않을 수 있다.[9]
- (A) (A′) 의 모든 원소는 각각 , 형태 (, )이다.
- (B) (B′) 의 핵은 또는 이다.
- (C) 이며 라면 이다.
이 때문에 일반적인 비가환 국소화는 "국소화" 대신 '''보편 -가역화 환'''(universal -inverting ring영어)이라고 불리기도 한다.
비가환환의 국소화 존재는 범주론적으로 프레이드 수반 함자 정리를 통해 보일 수 있다. 표현 가능 함자 속에서, 를 가역원으로 대응시키는 환 준동형으로 구성된 부분 함자를 통해 국소화를 구성할 수 있다.
만약 가 가환환일 경우, 비가환환으로서의 국소화 는 가환환이며, 이는 가환환으로서의 국소화와 일치한다.
체 및 정수 에 대한 행렬환 에서, (는 특정 성분이 1이고 나머지가 0인 행렬)일 때, 국소화 는 자명환이다.[9]
오레 조건은 비가환환의 국소화가 잘 정의되기 위한 충분조건 중 하나이다.
비가환환의 국소화는 미분 방정식을 다루는 미분 연산자의 환과 같은 분야에서 응용된다. 예를 들어, 미분 연산자 ''D''에 대한 형식적 역 ''D''−1을 추가하는 것으로 해석될 수 있으며, 이는 마이크로국소화라는 이론으로 연결된다.
3. 1. 오레 국소화
환 와 부분 모노이드 가 '''오레 조건'''(Ore condition영어)을 만족시키면, 가환환의 국소화와 유사하게 비가환환의 국소화를 구성할 수 있다. 이 경우 존재하는 '''오레 국소화'''는 특정 성질들을 만족시킨다.와 가 다음 두 조건을 만족시키면, '''왼쪽 오레 조건'''(left Ore condition영어)이 성립한다고 한다.
마찬가지로, 와 가 다음 조건을 만족시키면, '''오른쪽 오레 조건'''(right Ore condition영어)이 성립한다고 한다.
왼쪽 오레 조건을 만족하는 경우, 곱집합 위에 동치 관계를 정의하고, 몫집합 을 통해 를 구성할 수 있다. 의 동치류는 로 표기한다. 곱셈과 덧셈은 다음과 같이 정의된다.
- 곱셈:
- 덧셈:
오른쪽 오레 조건의 경우에도 마찬가지로 국소화 를 구성할 수 있다.
이렇게 구성된 국소화를 '''오레 국소화'''(Ore localization영어)라고 한다. 왼쪽·오른쪽 오레 국소화는 (보편 성질에 따른) 국소화의 특수한 경우이다.[9]
가환환의 경우 왼쪽·오른쪽 오레 조건이 자명하게 성립하며, 오레 국소화는 가환환으로서의 국소화와 일치한다.
환 및 곱셈 모노이드 에 대하여 왼쪽/오른쪽 오레 조건은 각각 특정 조건을 만족시키는 환 준동형 의 존재와 동치이다.
4. 가군의 국소화
환 가 가환환이고, 가 의 곱셈 집합, 이 -가군이라고 하자. '''가군의 국소화''' 은 -가군으로, 의 국소화와 거의 동일하게 구성된다. 다만 분자가 의 원소이다. 즉, 은 , 에 대해 로 표기되는 쌍 들의 동치류로 구성된다. 두 쌍 와 는 다음을 만족하는 가 존재할 때 동치이다.
:
덧셈과 스칼라 곱셈은 일반적인 분수와 유사하게 정의된다 ( ):
:
:
은 -가군으로 볼 수도 있으며, 스칼라 곱셈은 다음과 같다.
:
이 연산들은 잘 정의되어 있으며, 즉 분수의 다른 대표자를 선택해도 같은 결과를 얻는다.
가군의 국소화는 텐서 곱을 사용하여 다음과 같이 정의할 수도 있다.
:
두 정의가 같은 보편 성질을 만족한다는 것을 보이면 (표준 동형까지) 동등함을 증명할 수 있다.
5. 성질
국소화는 환과 가군의 여러 성질을 보존하며, 다음과 같은 유용한 성질들을 가진다.
- $S^{-1}R = 0$ (영환)이 될 필요충분조건은 $S$가 0을 포함하는 것이다.
- 환 준동형 $R\to S^{-1}R$이 단사 함수가 될 필요충분조건은 $S$가 영인자를 포함하지 않는 것이다.
- 환 준동형 $R\to S^{-1}R$은 환의 범주에서 에피모피즘이지만, 일반적으로 전사 함수는 아니다.
- $S^{-1}R$은 평탄한 $R$-가군이다.
뇌터 가환환 $R$ 위의 단사 가군 $I$ 및 임의의 원소 $r\in R$에 대하여, $I\to I_r$는 전사 함수이다.[10]
만약 $S=R\setminus \mathfrak p$가 소 아이디얼 $\mathfrak p$의 여집합이라면, $S^{-1} R$은 $R_\mathfrak p$로 표기되며, 이는 국소환이다. 즉, 단 하나의 극대 아이디얼만을 갖는다.
5. 1. 소 아이디얼과의 관계
가환환 $R$의 국소화 $S^{-1}R$의 소 아이디얼은 $R$의 소 아이디얼 중 $S$와 서로소인 것들과 일대일 대응된다. 특히, 소 아이디얼 $\mathfrak{p}$에 대한 국소화 $R_{\mathfrak{p}}$는 국소환이 된다.좀 더 구체적으로 설명하면, 가환환 $R$과 곱셈 모노이드 $S\subseteq R$에 대하여, 국소화 $\phi\colon R\to S^{-1}R$의 소 아이디얼들은 $R$의 소 아이디얼 가운데 $S$와 서로소인 것들과 일대일 대응한다. 즉, 다음과 같은 전단사 함수가 존재한다.
$f\colon\operatorname{Spec}(S^{-1}R)\to\{\mathfrak p\in\operatorname{Spec}R\colon\mathfrak p\cap S=\varnothing\}$
$f\colon\mathfrak q\mapsto\phi^{-1}(\mathfrak q)$
여기서 $\phi\colon R\to S^{-1}R$는 표준적으로 존재하는 환 준동형이다.
특히, $R$의 소 아이디얼 $\mathfrak p$에 대하여, $R_{\mathfrak p}$는 국소환이며, 유일한 극대 아이디얼은 $\mathfrak p$에 대응한다. 환 $R$이 정역이고 $S$가 0을 포함하지 않는 경우, 환 $S^{-1}R$은 $R$의 분수체의 부분환이다. 따라서 정역의 국소화는 정역이다.
소 아이디얼의 정의에 의해 가환환 $R$에서 소 아이디얼 $\mathfrak p$의 여집합 $S=R\setminus \mathfrak p$가 곱셈적 집합임을 알 수 있다. 이 경우 국소화 $S^{-1}R$은 일반적으로 $R_\mathfrak p$로 표기된다. 환 $R_\mathfrak p$는 ''$R$에서의 국소환''이라고 불리는 국소환이다. 이는 $\mathfrak p\,R_\mathfrak p=\mathfrak p\otimes_R R_\mathfrak p$가 환 $R_\mathfrak p$의 유일한 극대 아이디얼임을 의미한다.
가환환 $R$과 $R$의 소 아이디얼 $\mathfrak{p}$에 대해, $\mathfrak{p}$의 $R$에서의 여집합 $ R\setminus\mathfrak{p}$는 곱셈 폐집합이며, 이에 대응하는 국소화를 $R_{\mathfrak{p}}$로 나타낸다. 이때, $R_{\mathfrak{p}}$의 유일한 극대 아이디얼은 $\mathfrak{p}R_\mathfrak{p} = \{ r/s \mid r \in \mathfrak{p}, s \in R \setminus \mathfrak{p} \}$와 같다. 따라서 $R_\mathfrak{p}$는 국소환이다.
$S^{-1}R$의 소 아이디얼 전체의 집합과 $R$의 $S$와 교차하지 않는 소 아이디얼 전체의 집합 사이에는 전단사 함수가 존재한다. 이 전단사 함수는 환 준동형 $R \to S^{-1}R$에 의해 유도된다.
6. 응용
대수기하학에서는 크게 두 종류의 국소화가 사용된다.[10]
- 원소 가 주어진 경우, 는 에 대한 국소화이다. 기하학적으로, 이는 함수환을 가 0이 아닌 점들로 구성된 자리스키 열린집합 에 국한한 것이다.
- 예를 들어, 1차원 아핀 공간의 함수환 의 경우 는 로랑 다항식환이다. 이는 원점을 제거한 1차원 아핀 공간 위에서 정의된 유리 함수들의 체이므로, 으로 국한된 것을 알 수 있다.
- 소 아이디얼 가 주어진 경우, 는 에 대한 국소화이다. 기하학적으로, 이는 함수환을 의 자리스키 폐포 의 근방에 국한한 것이다.
- 예를 들어, 1차원 아핀 공간의 함수환 를 극대 아이디얼 에서 국소화하면 유리 함수체 을 얻는다. 이는 의 근방에서 정의되는 유리 함수들의 체이므로, 의 근방으로 국한된 것을 알 수 있다.
정수론과 대수적 위상수학에서, 정수 링 에서 작업할 때, 정수 에 상대적인 속성은 고려되는 국소화에 따라 ''에서'' 또는 ''에서 벗어나서'' 참인 속성으로 지칭된다. "에서 벗어나서"는 의 거듭제곱으로 국소화한 후에 속성을 고려한다는 의미이며, 가 소수인 경우, "에서"는 소 아이디얼 에서 국소화한 후에 속성을 고려한다는 의미이다.
주로 가환환론과 대수기하학에서 발생하는 국소화는 다음과 같다.
7. 역사
1927년에 하인리히 그렐(Heinrich Grell|하인리히 그렐de, 1903~1974)이 정역의 분수체를 도입하였다.[11][14][12]
에미 뇌터는 오레 조건의 기본 개념을 이해하고 있었지만, 이에 대하여 출판하지 않았다.[9] 외위스테인 오레(1899~1968)가 1937년에 오레 국소화를 도입하였다.[13][14] (람짓윈은 이 사실과 관련하여 "NOETHER"(뇌터)가 "THEN ORE"(영어로, "그 뒤 오레")의 어구전철이 된다는 사실을 지적하였다.[9])
임의의 가환환의 국소화는 클로드 슈발레[15]와 알렉산드르 일라리오노비치 우스코프(Алекса́ндр Илларио́нович У́зков|알렉산드르 일라리오노비치 우스코프ru)[16]가 도입하였다.[12]
참조
[1]
서적
[2]
문서
Borel, AG. 3.3
[3]
문서
Matsumura, Theorem 4.7
[4]
서적
[5]
서적
[6]
문서
Borel, AG. 3.1
[7]
문서
ここでいう「分数環」や「商環」は、「分数体」や「[[商体]]」と同様の語法であって、[[剰余環]]の別名としての「商環」(quotient ring) とは異なる。商体や[[全商環]]は本項にいう意味での商環の特別な場合になっている([[#例|例]]節を参照)。
[8]
문서
Lang "Algebraic Number Theory," 特に3–4ページと7ページの下。
[9]
서적
Lectures on modules and rings
Springer
[10]
서적
Algebraic Geometry
Springer
1977
[11]
저널
Beziehungen zwischen Idealen verschiedener Ringen
https://archive.org/[...]
1927
[12]
서적
Commutative algebra with a view toward algebraic geometry
Springer-Verlag
1995
[13]
저널
Linear equations in non-commutative fields
1937-07
[14]
저널
The quest for quotient rings (of noncommutative Noetherian rings)
2003-04
[15]
저널
On the theory of local rings
1944
[16]
저널
О кольцах частных коммутативных колец
http://mi.mathnet.ru[...]
1948
본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.
문의하기 : help@durumis.com