LaTeX962713 views
雑学1473717 views
英語614322 views
中学社会669002 views
教育149564 views
高校日本史190639 views
MathPython498072 views
高校生物551985 views
世界の国564972 views
高校物理160543 views
Help
Tools
NewsSpreadsheetCalendarBookkeepingMarkdown TablesLanguage Model NewsLinux CommandsSlidesTier ListPen ToolIllustrationCrayonWatercolorPixel ArtASCII ArtPerspectiveEndless StairsGraphMind MapER DiagramFamily TreeMemeCurved TextImage EditorMosaicRetro FilterPencil SketchSwirl EffectLine ArtOCR/HighlighterMakeup EditorFaviconVideo TrimmerScrolling VideoVideo TitleColor PickerColor ExtractorBonfireFireworksCherry BlossomWater RippleWater SplashBreaking GlassGlass TextureFabric TextureWood GrainMarble TextureBrick Wall TextureMetal TextureWashi Paper TextureCardboard TextureCSS ButtonIcon MakerBar ChartGrouped Bar ChartStacked Bar ChartPie ChartLine ChartArea ChartStacked Area ChartScatter Plot3D Bar Chart3D Pie ChartBar Chart RaceBubble ChartPopulation PyramidPictogramEarningsCandlestick ChartInvestment RiskMortgage SimulatorCalculatorMatrix CalculatorFunction GraphPolynomial ExpansionVenn DiagramField VisualizerRubik's Cube Group TheoryTraveling SalesmanVoronoi and DelaunayFractalUniversity Entrance Exam MathColumn ArithmeticDraw Math FiguresArithmetic AnimationArithmetic Word ProblemsCounting with Tree DiagramsCube NetsRolling DiceCross SectionsMotion PathMechanicsWavesUniversity Entrance Exam Physics解析力学Quantum MechanicsStatistical MechanicsRelativityCelestial MechanicsAstrophysicsCosmologyElectromagnetic WavesCapacitorsLight and LensesThermodynamicsHow Semiconductors WorkMolecular StructuresAtomic OrbitalsElectrochemical CellsChemical EquilibriumCrystal LatticesBuffer pHOrganic Reaction MapPeriodic TableComplex IonsDNA Double HelixCell DivisionMembrane ChannelsNerve ImpulseMuscle ContractionHormones and HomeostasisRock ClassificationWeatherConstellationsSolar and Lunar Eclipses3D ModelingFloor PlanSeismic StructuresIntersection TurnMaglevCooking AnimationOrigamiLive Viewer CountGeoJSON MapRailway MapPopulation MapCrime MapLand Price MapSchool MapShrine and Castle MapHouse of Representatives MapWord MapSolitaireReversiHakoiri MusumeChessHamburgerRippleSlide Puzzle MakerNeon PinballNovel MakerJapanese Typing PracticePiano Score EditorMusic TheoryShogi StrategyPiano Rhythm Game

English

冪零元を足しても単元のまま(多項式環の単元と冪零元の判定)

は単元です。 になる。

この で、足した のほうは で冪零元です。偶然ではない。

冪零元は、単元に足しても単元をこわしません。この一点から、多項式環の単元の形まで決まる。

冪零元を 1 に足すと単元になる

とします。等比級数を 項で打ち切った式を、 にかけてみる。

右辺の です。残るのは だけなので、 は単元になる。

という無限級数を、途中で打ち切った形。冪零だから打ち切れる、というのがこの計算の中身です。

例: で数える

の冪零元は です。

単元のほうは の 4 個。並べると、単元は冪零元にちょうど を足したものになっています。

が単元になる、という事実がそのまま見える形。 で確かめると、

単元に足しても単元

でなくても同じです。 を単元、 を冪零元とすると、 もまた単元になる。

は冪零元です。 になるため。かっこの中は単元で、単元どうしの積だから全体も単元。

つまり冪零元は、単元の集合を動かしません。足しても単元は単元のまま、非単元は非単元のまま。

冪零元はどの極大イデアルにも入る

この性質から、冪零元の居場所が決まります。 が冪零なら、 のどの極大イデアル にも が入る。

と仮定します。 は極大なので になり、 と書ける がとれる。

移項すると です。 は冪零だから、右辺は単元になる。

に単元が入ると になってしまう。極大イデアルは真のイデアルなので、矛盾します。

冪零元の全体は、すべての極大イデアルの共通部分に含まれます。この共通部分をヤコブソン根基といいます。

逆向きの包含は成り立ちません。ヤコブソン根基の元は「 に足すと単元」までしか言えず、冪零とは限らない。

多項式環では定数以外にも単元がある

を体とすると、 の単元は でない定数だけです。次数が で足し算になるため、 なら両方が定数。

係数の環に冪零元があると、話が変わります。 を 2 乗してみる。

なので、途中の項が消えました。 は自分自身を逆元に持つ単元になる。

次数の議論が通らないのは、 のせいで最高次の係数が消えるため。

単元の判定

一般に、 が単元であるための条件は次のとおりです。

定数項

の単元であること。

高次の係数

がすべて の冪零元であること。

が体や整域なら冪零元は だけなので、 になる。定数しか単元にならない、というさきほどの話がこの特別な場合。

なぜ高次の係数が冪零になるのか

条件がそろえば単元になる側は短く済みます。 は冪零元の和なので冪零で、 は単元 に冪零元を足した形。さきほどの結果から単元です。

逆向きは、最高次から順に押さえていく。 とし、 と置く。

定数項を比べると で、 は単元になります。最高次の項を比べると

ここから についての帰納法で従います。 の係数を見て、 をかけると、帰納法の仮定で余分な項が消えるため。

まで進むと で、 は単元だから が冪零だと分かります。

すると も冪零なので、 もまた単元になる。次数が 1 つ下がった多項式に同じ議論をあてれば、 も冪零です。

定数項から a0 が単元だと分かる

最高次から an が冪零だと分かる

最高次の項を引いて次数を下げる

同じ議論を繰り返す

例: の単元を並べる

の単元は 、冪零元は です。判定にあてはめると、単元は定数項が 、他の係数が の多項式になる。

なので自分自身が逆元
定数項が単元、他は冪零
の係数 が冪零でないので単元でない
定数項 が単元でないので単元でない

次数がいくら高くても、係数が なら単元のままです。体の上では起こらない。

多項式環の冪零元

冪零のほうも係数で読めます。 が冪零であることと、係数 がすべて冪零であることは同値になる。

を 2 乗すると 。係数が両方 なので、確かに冪零になります。

同値の片側は、冪零元の和と積がまた冪零だという事実そのもの。もう片側は、単元のときと同じように最高次から順に押さえます。

冪級数環では条件がゆるむ

係数が無限に続く では、単元の条件が定数項だけになります。高次の係数に冪零という縛りがつかない。

多項式環

が単元で、 以降がすべて冪零。項が有限個なので、冪零指数の最大値がとれる

冪級数環

が単元であればよい。逆元の係数を先頭から順に決めていけるため、打ち切る必要がない

で単元でない が、 では を逆元に持ちます。止まらない級数をそのまま書けるかどうかの差。

冪零のほうは、この対応が片側でしか成り立ちません。 が冪零なら各係数は冪零ですが、逆は言えない。

多項式なら係数が有限個なので冪零指数の最大値をとれますが、無限に続くと最大値がとれないためです。

とするとき、 で単元になるのはどれですか。

__RESULT__

の冪零元は で、単元は の倍数でない元です。 は定数項 が単元、 の係数 が冪零なので条件を満たします。 の係数 が冪零でなく、 は定数項 が単元ではありません。

が冪零、 が単元のとき、 について正しいのはどれですか。

  • かならず単元になる
  • かならず冪零になる
  • 単元になるとは限らない
__RESULT__

と書けます。 は冪零なので は単元、単元どうしの積だから全体も単元です。冪零にはなりません。 が冪零だとすると も冪零元の差で冪零になりますが、単元は冪零になれない。

冪零元は単元をこわさない。 に足しても、どんな単元に足しても単元のままで、その性質が多項式環の単元の形をそのまま決めています。

$\mathbb{Z}/8\mathbb{Z}$ の単元 $1, 3, 5, 7$ は、冪零元 $0, 2, 4, 6$ にちょうど $1$ を足したものです。$a^n = 0$ なら等比級数が有限で止まり、$1 + a$ の逆元が書ける。単元 $u$ に足しても $u + a = u(1 + u^{-1}a)$ で単元のままなので、冪零元はどの極大イデアルにも入ります。この性質が多項式環の単元の形を決める。$f$ が $R[x]$ で単元になるのは、定数項が単元で残りの係数がすべて冪零のときだけ。$\mathbb{Z}/4\mathbb{Z}[x]$ では $1 + 2x$ が自分自身を逆元に持ちます。