方程式を 1 本足すと次元は「1 だけ」下がるのか
方程式を 1 本足すと、次元は 1 だけ落ちる。この期待は半分正しく、半分外れます。
落ちる量は か のどちらかで、 以上落ちることはありません。上からはこう縛られています[2]。
ところが しか落ちない場合があります。切った式が新しい条件になっていないときです。
以下では落ちる場合と落ちない場合を並べ、きちんと落ちる条件を正則列という言葉でつかまえます。
標高定理が上限を与える
ネーター環 と元 をとります。 の上に極小な素イデアルは、高さが 以下です[2]。
これをクルルの主イデアル定理といいます。標高定理の の場合にあたります。
幾何の言葉では、 本の式で切った図形の各成分は、余次元が 以下だということです。
したがって が成り立ちます。 以上は落ちません。
上限の側は です。商をとると素イデアルが減るためです。
落ちるか落ちないかを分けるもの
が単元なら で、これは例外です。空集合を切り出したことになります。
が零因子でも単元でもなければ、次元はちょうど 落ちます。 が体上有限生成な整域なら、この形になります[3]。
が零因子なら落ちないことがあります。ある成分をまるごと残してしまうためです。
なら で、まったく落ちません。何も課していないので当然です。
分かれ目は零因子かどうか。この 1 点に集約されます。
例: きちんと落ちる
は 次元です。 で切りましょう。
で次元は 、ちょうど 落ちています。 は整域 の中で でないので零因子ではありません。
もう 1 本足します。 を加えると になり、次元は です。
3 本目に を足すと になり、次元は 。 本の式で 段落としました。
整域の中では、 でない元はすべて非零因子です。だから 本ごとにきちんと落ちます。
例: 落ちない
を考えます。図形は 軸と 軸の和で、次元は です。
で切りましょう。 になります。
次元は のままです。 は の中で零因子で、 が成り立ちます。
図形の側で見ると、 という条件は 軸をそのまま残します。細くなっていません。
零因子で切ると、成分を選び出すだけで終わる。これが落ちない仕組みです。
切るたびに細くなる
うまく切れる場合を絵にします。

左から順に、空間・立体・曲面・点と細くなっています。式を 1 本ずつ足した結果です。
どの段でも、足した式が前の段の環で零因子になっていません。だからきちんと落ちます。
正則列
いまの条件に名前を付けます[1]。
が正則列であるとは、次の 2 つが成り立つことです。
正則列なら次元はちょうど 落ちます。各段で 1 ずつ落ちるためです。
で をとると正則列です。 の中で は非零因子、その先も同様になります。
順番に条件を確かめる形になっている点が要です。 だけを見ても判定できません。
順序を変えると崩れる
正則列は、並べ替えると正則でなくなることがあります[1]。
で 、、 をとると正則列になります。
順序を変えて 、、 とすると正則列ではありません。2 番目の段で零因子が現れます。
の中で、 を掛けて になる元があるためです。図形が 2 つの成分に割れ、片方が丸ごと残ります。
ネーター局所環で、 がすべて極大イデアルに入っていれば、並べ替えても正則列のままです[1]。局所化しておけば順序を気にせずに済みます。
1 本ずつ切る
切っていく手順を動かします。
球面から始めて で切ると円、さらに を足すと 2 点になります。
本ごとに次元が ずつ落ちています。、、 が正則列になっているためです。
最後に残るのが点で、次元は です。もう 1 本足すと空になり、そこから先は落としようがありません。
完全交叉
余次元 の図形が、ちょうど 本の式で書けるとき完全交叉といいます。
正則列で定義される図形は完全交叉です。上の球面と平面の例がそれにあたります。
本より少ない本数では書けません。標高定理から、余次元が本数以下に押さえられるためです[2]。
逆に、 本では足りない図形もあります。ねじれ 3 次曲線が有名な例です。
の中の余次元 の曲線ですが、定義イデアルの生成に 本の 2 次式が要ります。 本では生成しきれません。
深さとコーエン・マコーレー環
正則列の長さにも名前があります[1]。
イデアル に含まれる正則列の長さの上限を、深さといいます。 と書く。
いつでも が成り立ちます。等号が成り立つ環をコーエン・マコーレー環といいます[1]。
コーエン・マコーレーなら、次元のぶんだけ正則列がとれます。切りたいだけ切れる、という状態です。
正則局所環はコーエン・マコーレーです。正則パラメータ系がそのまま正則列になります。
例: 冪零元で切る
零因子のうち、冪零なものは特別な振る舞いをします。
を で割りましょう。 です。
なので、台は 軸です。次元は で、 落ちています。
で割っても次元は です。冪零元は素イデアルにすべて含まれるので、次元には効きません[2]。
図形としては同じでも、環としては違います。 には で という元があり、直線を「太らせた」形になっている。
次元だけを見ていると、この違いは見えません。
練習
の次元は です。 で割ると はいくつになりますか。
- 0
- 1
- 2
- 3
零因子かどうかを先に確かめる。この 1 手で結果が読めます。
よくある誤り
まとめます。
切る式が前の段で零因子かどうか。確かめる場所はここ 1 か所です。










R/(x)=k[x,y,z]/(xy,x)≅k[y,z] で、次元は 2 のままです。x は R の中で零因子で、x⋅y=0 が成り立ちます。図形の側では、xy=0 が定める 2 枚の平面のうち x=0 の側をそのまま残しただけになります。細くなっていません。