整な元が外へ逃げない整域 - 整閉整域と正規性の判定
を見ます。分数体は で、その中の は の根です。係数の は に入っています。
それでも 自身は に入りません。整な元が環の外に残っている。この状態を整閉でないといいます[2]。
整閉整域とは
整域 が整閉であるとは、分数体 の元で 上整なものがすべて に属することです[1]。
係数のモニック多項式の根で に入るものは、はじめから の元だった。外へはみ出す部分がない、という条件になります。
正規整域という呼び方もします[2]。幾何では正規多様体に対応する言葉です。
UFD は整閉
いちばん使う十分条件がこれです[2]。証明は既約分数の議論で終わります。
を既約分数とし、 上整とします。
を掛けると 。第 2 項から先はすべて で割れます。
だから 。 と が互いに素なので は単元で、 です[1]。
一意分解が効いているのは、互いに素という言い方ができるところ。、、正則局所環はすべて整閉になります[2]。
反例を 2 つ
が最初の例です。冒頭で見たとおり がはみ出します。
幾何ではカスプにあたります。 の原点で尖った曲線の座標環です。整閉包をとると になり、尖りが消えます。
2 つ目は です。 が の根になります。
この元は に入りますが には入りません。整閉包は です。
のときにこの現象が起きます。 のほうは なので、これ自身が整数環で整閉。
整閉包
上整である の元をすべて集めたものを、 の整閉包 といいます。
これは環になります。整な元どうしの和と積が、また整になるためです。 自身は整閉整域。
代数体の整数環がこの形です。 の における整閉包が、その体の整数環になります。
なら 、それ以外なら です。
幾何では正規化と呼びます。カスプを直線に直す操作が、整閉包をとる操作にあたる。
整閉性は局所的
が整閉であることは、局所化で確かめられます[1]。
点ごとに調べれば足ります[2]。大域の条件を局所の条件に落とせる、という性質です。
次元 1 なら離散付値環と同じこと
を次元 のネーター局所整域とします。次が同値です[1]。
3 つ目まで来ると、離散付値環そのものです。次元 では整閉性が単項性に化ける。
デデキント整域を素イデアルで局所化すると、この状況になります。だから局所化はつねに単項イデアル整域です[1]。
デデキント整域の定義も、この線で書けます。ネーターで、次元が高々 で、整閉であること[4]。
整閉であることが、極大イデアルの単項性と同じ意味になる
単項性までは言えない。整閉でも単項イデアル整域とは限らない
Serre の判定条件
ネーター環が正規であることは、2 つの条件に分かれます[3]。
この 2 つを満たすことと正規であることが同値です[3]。 が余次元 での滑らかさ、 が深さの条件。
言いかえると、特異点が余次元 以上にしか現れず、しかも低い次元で切れていない。正規性の意味がここに出ます。
カスプは余次元 の特異点なので が破れます。だから整閉になりません。

Going-down が使える
整閉性は素イデアルの動き方にも効きます。 を整域の整拡大とし、 が整閉とします[2]。
このとき Going-down が成り立ちます。 の素イデアルの列を、 側の列に合わせて下へ延ばせる[2]。
幾何では、写像が開になることに対応します。整閉性がないと、下へ降りる道が塞がることがある。
Going-up は整拡大というだけで成り立ちますが、Going-down には整閉性が要る。
上へ延ばすのと下へ延ばすので条件が違います。整閉性は下向きの自由さを保証します。
ノードも整閉でない
を見ます。原点で自分自身と交わる曲線です。
が分数体に入ります。曲線の式から なので、 は 上整。
ところが です。だから整閉ではありません。整閉包は になります。
正規化すると交点がほどけて、2 回通っていた点が別々の点に分かれます。
は整閉整域ですか。
- 整閉である
- 整閉でない
- 整域ではない
まちがえやすい点
はみ出した元を拾って環に戻す。それが整閉包で、幾何では尖りや交わりをほどく操作になります。












−3≡1(mod4) なので、Q(−3) の整数環は Z[21+−3] です。21+−3 は X2−X+1=0 の根で、Z[−3] の外にあります。