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形式的ベキ級数環の性質

形式的ベキ級数環は多項式環の完備化であり、解析的な直観と代数的な厳密さを橋渡しする重要な環です。

形式的ベキ級数環の定義

を可換環とします。 上の一変数形式的ベキ級数環 は

という形式的な無限和全体の集合に、係数ごとの和と畳み込み積

を入れた環です。収束性は問いません。

多変数の場合 も同様に定義されます。

多項式環との関係

であり、 は のイデアル による完備化 と同型です。

単元の特徴づけ

単元の判定

が単元 が で単元

が単元なら、 を等比級数展開で構成できます。

形式的ベキ級数環の性質

の性質が に遺伝します。

が整域 も整域
がネーター環 もネーター環
が UFD も UFD
が局所環 も局所環

局所環としての構造

を体とすると、 は極大イデアル をもつ局所環です。

の構造

の でないイデアルは ()の形に限る。したがって は離散付値環(DVR)であり、PID である。

多変数の場合 は極大イデアル をもつ正則局所環です。

Weierstrass の準備定理

形式的ベキ級数環では次の準備定理が成り立ちます。

Weierstrass の準備定理

が を満たすとする。 と書けるとき、 と一意的に分解できる。ここで は の単元、 は の次数 のモニック多項式。

Hensel の補題

形式的ベキ級数環(より一般に完備局所環)では Hensel の補題が成り立ちます。

Hensel の補題

を完備局所環、 とする。 が互いに素な の積 に分解するなら、 となる で , を満たすものが存在する。

収束ベキ級数環との関係

複素数上では、収束ベキ級数環 と形式的ベキ級数環 の両方が考えられます。前者は解析的、後者は純代数的な対象です。両者は局所環として類似の性質をもちますが、 です。