으뜸 아이디얼
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1. 개요
으뜸 아이디얼은 환 R의 적절한 아이디얼 Q에 대해 R/Q에서 모든 영인자가 멱영원일 때를 말한다. 으뜸 아이디얼은 소 아이디얼과 밀접한 관련이 있으며, 소 아이디얼은 으뜸 아이디얼이고, 으뜸 아이디얼의 근호는 소 아이디얼이다. 으뜸 아이디얼은 가환환과 비가환환 모두에서 정의되며, 뇌터 환에서 으뜸 분해는 아이디얼을 이해하는 데 중요한 도구로 사용된다.
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- 아이디얼 - 아이디얼 노름
아이디얼 노름은 데데킨트 정역에서 정의되는 모노이드 준동형으로, 상대 아이디얼 노름, 절대 아이디얼 노름, 아라켈로프 인자의 아이디얼 노름 등이 있으며, 장피에르 세르에 의해 정의되었다. - 아이디얼 - 극대 아이디얼
극대 아이디얼은 환론에서 환 \(R\)의 아이디얼 중 '극대'인 것으로, 극대 왼쪽/오른쪽 아이디얼 및 가환환의 극대 아이디얼로 구체화되며 몫환을 통해 환의 구조 분석에 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.
으뜸 아이디얼 |
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2. 정의
가환환 의 아이디얼 가 으뜸 아이디얼이 되기 위한 필요충분조건은 다음과 같다.
의 적절한 아이디얼 가 으뜸 아이디얼이라는 것은 에서 모든 영인자가 멱영원이라는 것을 의미한다. 모든 소 아이디얼은 으뜸 아이디얼이며, 어떤 아이디얼이 소 아이디얼이 될 필요충분조건은 으뜸 아이디얼이자 반소 아이디얼인 것이다. 모든 으뜸 아이디얼은 프라이멀 아이디얼이다.[3]
가 으뜸 아이디얼이면, 의 근호는 반드시 소 아이디얼 가 되는데, 이때 를 의 연관된 소 아이디얼이라고 부르며, 는 -으뜸 아이디얼이라고 불린다. 그러나 근호가 소 아이디얼인 아이디얼이 반드시 으뜸 아이디얼인 것은 아니다.
근호가 극대 아이디얼인 아이디얼은 으뜸 아이디얼이다.
2. 1. 으뜸 부분 가군
환 의 왼쪽 가군 의 부분 가군 에 대하여, 몫가군 이 여으뜸 왼쪽 가군이면 을 의 '''으뜸 부분 가군'''(primary submodule)이라고 한다.[6] 오른쪽 가군에 대해서도 마찬가지로 정의할 수 있다.2. 2. 삼종 아이디얼
환 의 왼쪽 가군 이 주어졌을 때, 을 다음과 같이 정의한다.[6][10]:
환 위의 왼쪽 가군 이 다음 조건을 만족시킨다면, 이를 '''여삼종 가군'''(餘三種加群, cotertiary module영어)이라고 한다.[6][10]
- 임의의 및 에 대하여, 만약 이라면, 이다.
소 아이디얼 이 주어졌을 때, 인 왼쪽 가군 을 '''-여삼종 가군'''(-cotertiary module영어)이라고 한다.
왼쪽 뇌터 환 위의 왼쪽 가군 에 대하여 다음 두 조건이 서로 동치이다.[6][11][7]
- 여삼종 가군이다.
- 정확히 1개의 연관 소 아이디얼을 갖는다.
환 의 가군 의 부분 가군 에 대하여, 만약 몫가군 이 여삼종 가군이라면, 을 '''삼종 부분 가군'''(tertiary submodule영어)이라고 한다.
환 위의 왼쪽 가군 에 대하여 항상
:
이며, 따라서 모든 으뜸 부분 가군은 삼종 부분 가군이다. 만약 가 가환환이라면
:
이며, 따라서 가환환의 경우 으뜸 부분 가군의 개념은 삼종 부분 가군의 개념과 동치이다.
2. 3. 가환환의 경우
가환환 의 아이디얼 에 대하여, 다음 조건들은 서로 동치이며, 이를 만족시키는 아이디얼을 의 '''으뜸 아이디얼'''이라고 한다.- 의 으뜸 부분 가군이다.
- 의 삼종 부분 가군이다.
- 임의의 에 대하여, 만약 라면 이거나, 인 양의 정수 이 존재한다.
- 임의의 에 대하여, 만약 라면 이거나, 이거나, 아니면 이다. 여기서 는 소근기이다.
- 의 모든 영인자는 멱영원이다.
- 정의는 더 대칭적인 방식으로 재정의될 수 있다. 즉, 적절한 아이디얼 는, 일 때, 이거나 이거나 일 경우, 1차 아이디얼이다. (여기서 는 의 근호를 나타낸다.)
- ''R''의 적절한 아이디얼 ''Q''는 ''R''/''Q''에서 모든 영인자가 멱영일 때 1차 아이디얼이다. (이것을 소 아이디얼의 경우와 비교해 보면, ''P''가 소수 아이디얼인 경우는 ''R''/''P''에서 모든 영인자가 실제로 0일 때이다.)
- 모든 소 아이디얼은 1차 아이디얼이며, 또한 아이디얼이 소수 아이디얼인 것은 1차 아이디얼이자 반소수 아이디얼일 경우와 같다(가환의 경우 근호 아이디얼이라고도 함).
- 모든 1차 아이디얼은 프라이멀 아이디얼이다.[3]
- ''Q''가 1차 아이디얼이면, ''Q''의 근호는 반드시 소 아이디얼 ''P''가 되고, 이 아이디얼을 ''Q''의 연관된 소 아이디얼이라고 부른다. 이 경우, ''Q''는 '''''P''-1차'''''라고 한다.
- 근호가 소수 아이디얼인 아이디얼이 반드시 1차 아이디얼인 것은 아니다. 예를 들어, , , 그리고 일 때, 는 소수이고 이지만, , , 그리고 모든 n > 0에 대해 이므로 는 1차 아이디얼이 아니다. 의 1차 분해는 이다. 여기서 는 -1차이고 는 -1차이다.
- 근호가 극대인 아이디얼은 1차 아이디얼이다.
- ''P''가 극대 소 아이디얼이면, ''P''의 멱을 포함하는 모든 아이디얼은 ''P''-1차이다. 모든 ''P''-1차 아이디얼이 ''P''의 멱일 필요는 없지만, 적어도 P의 멱을 포함한다. 예를 들어, 아이디얼 (''x'', ''y''2)는 링 ''k''[''x'', ''y'']에서 아이디얼 ''P'' = (''x'', ''y'')에 대해 ''P''-1차이지만, P의 멱은 아니지만 P²을 포함한다.
- -1차 아이디얼의 유한하고 비어 있지 않은 곱은 -1차이지만, -1차 아이디얼의 무한한 곱은 -1차일 수 없다. 예를 들어, 극대 아이디얼 을 갖는 노터 국소 링에서 (크룰 교차 정리) 여기서 각 은 -1차이며, 예를 들어 국소 링 의 극대(따라서 소수이자 1차) 아이디얼 의 무한한 곱은 0 아이디얼을 생성하며, 이 경우 1차 아이디얼이 아니다(영인자 가 멱영이 아니기 때문). 실제로, 노터 링에서 -1차 아이디얼 의 비어 있지 않은 곱은 -1차인 것은 정수 이 존재하여 일 경우에만 해당한다.[5]
- 정의로부터 명백히 소 아이디얼은 준소 아이디얼이다.
- 소인수 분해 정역에서, 소원 ''p''의 거듭제곱 ''p''''n''로 생성된 아이디얼 (''p''''n'')은 준소 아이디얼이다.
- 뇌터 환의 임의의 아이디얼은 유한 개의 준소 아이디얼의 교집합으로 쓸 수 있다 (준소 분해).
- 데데킨트 환의 준소 아이디얼은 소 아이디얼의 거듭제곱이다.
- 준소 아이디얼의 근기는 소 아이디얼이다.
3. 성질
가환환에서 아이디얼, 반소 아이디얼, 으뜸 아이디얼, 소 아이디얼, 극대 아이디얼 사이에는 다음과 같은 포함 관계가 성립한다.
:아이디얼 ⊇ 반소 아이디얼 ∪ 으뜸 아이디얼 ⊇ 반소 아이디얼 ∩ 으뜸 아이디얼 = 소 아이디얼 ⊇ 극대 아이디얼
특히, 소 아이디얼은 으뜸 아이디얼이다. 가환환 의 전체 아이디얼 역시 으뜸 아이디얼이다.
으뜸 아이디얼의 소근기는 항상 소 아이디얼이다. 으뜸 아이디얼 의 소근기가 소 아이디얼 이면, 를 '''-으뜸 아이디얼'''(-primary ideal영어)이라고 한다. 반대로, 소근기가 극대 아이디얼인 아이디얼은 으뜸 아이디얼이다.
뇌터 가환환에서, 영가군이 아닌 유한 생성 가군 에 대하여 다음 두 조건은 서로 동치이다.
- 공으뜸 가군이다.
- 정확히 1개의 연관 소 아이디얼을 갖는다.
정수환 '''Z'''의 아이디얼 격자 구조 일부는
3. 1. 추가 성질 (영어 위키)
- ''R''의 적절한 아이디얼 ''Q''에 대해, ''R''/''Q''에서 모든 영인자가 멱영이면 ''Q''는 1차 아이디얼이다.[3] (이는 ''P''가 소 아이디얼인 경우 ''R''/''P''에서 모든 영인자가 실제로 0일 때와 비교된다.)
- 모든 소 아이디얼은 1차 아이디얼이며, 어떤 아이디얼이 소 아이디얼이 되는 것과 1차 아이디얼이자 반소수 아이디얼인 것은 동치이다.(가환의 경우 근호 아이디얼이라고도 함).
- 모든 1차 아이디얼은 프라이멀 아이디얼이다.[3]
- ''Q''가 1차 아이디얼이면, ''Q''의 근호는 반드시 소 아이디얼 ''P''가 되고, 이 아이디얼을 ''Q''의 연관된 소 아이디얼이라고 부른다. 이 경우, ''Q''는 '''P''-1차'''라고 한다.
- 근호가 극대 아이디얼인 아이디얼은 1차 아이디얼이다.
- ''A''가 노터 링이고 ''P''가 소 아이디얼이면, 의 커널(즉, ''A''에서 ''P''에서 ''A''의 국소화로 가는 사상)은 모든 ''P''-1차 아이디얼의 교집합이다.[4]
- -1차 아이디얼의 유한하고 비어 있지 않은 곱은 -1차이지만, -1차 아이디얼의 무한한 곱은 -1차일 수 없다. 예를 들어, 극대 아이디얼 을 갖는 노터 국소 링에서 (크룰 교차 정리)이고, 각 은 -1차이다. 예를 들어 국소 링 의 극대(따라서 소수이자 1차) 아이디얼 의 무한한 곱은 0 아이디얼을 생성하며, 이 경우 1차 아이디얼이 아니다(영인자 가 멱영이 아니기 때문). 실제로, 노터 링에서 -1차 아이디얼 의 비어 있지 않은 곱이 -1차인 것은 정수 이 존재하여 일 경우에만 해당한다.[5]
3. 2. 으뜸 분해
왼쪽 뇌터 환 위의 유한 생성 왼쪽 가군은 유일한 삼종 분해를 갖는다. 즉, 왼쪽 뇌터 환 위의 유한 생성 왼쪽 가군 의 부분 가군 에 대하여, 다음 조건들을 모두 만족시키는 유한 개의 서로 다른 삼종 부분 가군 및 소 아이디얼 들이 존재한다.[6][7]- 임의의 에 대하여,
- 은 유한 집합이며, 그 크기는 이며, 또한 이다.
- 임의의 에 대하여, 라면 이며 이다.
이를 의 '''삼종 분해'''(tertiary decomposition영어)라고 한다. 또한, 삼종 분해는 다음과 같은 의미에서 유일하다.[6][7]
- 의 두 삼종 분해 , 가 주어졌을 때, 이며, 가 되는 순열 이 존재한다. (그러나 일 필요는 없다.)
만약 가 뇌터 가환환일 경우, 삼중 부분 가군의 개념은 으뜸 부분 가군의 개념과 일치하며, 이 경우를 '''으뜸 분해'''라고 한다. 뇌터 가환환 위의 유한 생성 가군이 으뜸 분해를 갖는다는 사실은 '''라스커-뇌터 정리'''(Lasker–Noether theorem영어)라고 한다.
구체적으로, 뇌터 가환환 의 아이디얼 의 으뜸 분해는 다음과 같은 알고리즘으로 찾을 수 있다.
# 만약 가 으뜸 아이디얼이라면, 는 으뜸 분해를 이룬다. 아니라면, 인 를 찾을 수 있다.
# 이 되는 충분히 큰 자연수 을 찾는다.
# 그렇다면, 이므로, 및 의 으뜸 분해를 찾으면 의 으뜸 분해를 찾을 수 있다. (와 는 보다 더 큰 아이디얼이므로, 뇌터 환 조건에 의하여 무한 반복이 일어나지 않는다.)
여기서
:
:
이다.
4. 예
정수환은 주 아이디얼 정역이므로, 모든 아이디얼은 주 아이디얼이다. 정수환에서 으뜸 아이디얼은 소수의 거듭제곱 ()으로 생성되는 주 아이디얼 이다.[1]
4. 1. 소근기가 소 아이디얼인 비(非)으뜸 아이디얼
대수적으로 닫힌 체 에 대하여, 다항식 환 를 로 나눈 몫환 을 생각하자. 이 몫환에서 아이디얼 를 정의하면, 이 아이디얼은 소 아이디얼이다. 즉, 의 소근기 는 소 아이디얼이다. 그러나 는 으뜸 아이디얼이 아니다. 왜냐하면 이지만, 이고, 모든 양의 정수 에 대해 이기 때문이다. 의 으뜸 분해는 다음과 같다.:
5. 역사
소인수 분해를 정수환에서 보다 일반적인 환으로 일반화하는 것은 환론의 오래된 문제이다. 일부 대수적 수체의 대수적 정수환이 유일 인수 분해 정역이 아니지만(즉, 환의 원소가 기약원으로의 유일 인수 분해를 갖지 않을 수 있지만), 데데킨트 정역이라는 것(즉, 아이디얼이 소 아이디얼로의 유일한 분해를 갖는 것)이 밝혀지면서 환의 원소 분해 대신 아이디얼의 분해가 대두되었다. 그러나 데데킨트 정역이 아닌 환들의 경우, 소 아이디얼로의 분해 역시 실패한다.
이를 해결하기 위하여, 에마누엘 라스커가 라스커-뇌터 정리를 다항식환에 대하여 증명하였고,[8] 그 뒤 에미 뇌터가 라스커-뇌터 정리를 일반적 뇌터 가환환에 대하여 증명하였다.[9] 이에 따라 임의의 뇌터 가환환에 대하여 소인수 분해가 일반화되었다.
비가환환의 경우, 레옹스 르시외르(Léonce Lesieur프랑스어)와 로베르 크루아조(Robert Croisot프랑스어)가 삼종 아이디얼의 개념을 도입하여, 왼쪽 뇌터 환의 경우 삼종 분해가 성립함을 보였다.[10][11][12][13]
참조
[1]
문서
[2]
문서
[3]
문서
[4]
문서
[5]
문서
[6]
저널
Axiomatic primary and tertiary decomposition theory
1962-11
[7]
서적
Rings of quotients: an introduction to methods of ring theory
Springer-Verlag
1975
[8]
저널
Zur Theorie der Moduln und Ideale
http://resolver.sub.[...]
1905
[9]
저널
Idealtheorie in Ringbereiche
https://web.archive.[...]
2016-05-14
[10]
저널
Exposé № 22. Théorie noethérienne des idéaux dans les anneaux et les demi-groupes non nécessairement commutatifs (exposé d’une partie d’un mémoire de L. Lesieur et R. Croisot, à paraître au Math. Zeitschrift)
http://www.numdam.or[...]
1957-05-20
[11]
저널
Exposé № 14. Théorie noethérienne des anneaux non commutatifs: une propriété caractéristique des idéaux tertiaires
http://www.numdam.or[...]
1958-02-17
[12]
저널
Extension au cas non commutatif d’un théorème de Krull et d’un lemme d’Artin-Rees. À M. Wolfgang Krull, à l’occasion de son 60e anniversaire
http://resolver.sub.[...]
1960
[13]
서적
Algèbre nœthérienne non commutative
http://www.numdam.or[...]
Gauthier-Villars & Cie
1963
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