アルティン環はなぜネーター環にもなるのか?
環 がアルティン環であるとは、イデアルの降鎖がどこかで止まることをいいます[1,3]。
この形の列が、ある番号から先でずっと同じになる。ネーター環が昇鎖について要求する条件を、そのまま逆向きにした形です。
見た目は対称なのに、中身は対称ではありません。アルティン環はすべてネーター環になり、逆は成り立たない[1,2,3]。
上りと下りは対称ではない
で試すと差が出ます。昇鎖 は で止まる。
降鎖は止まりません。 といくらでも小さくなる[3]。
を掛けるたびにイデアルは真に小さくなり、 には届かない。だから はネーター環でありながらアルティン環ではありません。
右では と、 段で に着く。着いてしまえばそれ以上は下がれない。
アルティンならネーター
左アルティン環は必ず左ネーター環になります[1,3]。ホプキンス・レヴィツキの定理と呼ぶ。
降鎖条件のほうが強い、という非対称がここに出る。逆は成り立たず、 が反例です[2]。
証明の筋は、根基が冪零であることと、剰余加群がベクトル空間になることを組み合わせるものです。有限の長さを持つことから昇鎖条件も出る。
クルル次元 0 との同値
番目が扱いやすい形です。アルティン性は「ネーター性 + 次元 」に分解できる。
ネーター環のうち、素イデアルの鎖が 段も伸びないものだけがアルティン環になる。 は次元 なので外れます。
素イデアルはすべて極大
アルティン環では、素イデアルと極大イデアルが一致する[1]。次元 という条件を言いかえただけの形です。
を素イデアルとすると は整域で、しかもアルティン環になる。アルティン整域は体になるので、 は極大です。
アルティン整域が体になる理由も降鎖から出る。 について が止まるので 、整域なので となる。
裏返すと、素イデアルの鎖は 点で終わります。次元 という言い方と、素イデアルが全部極大だという言い方が、同じものを指している。
極大イデアルは有限個
アルティン環の極大イデアルは有限個しかありません[1,4]。
証明は中国剰余定理を使う。相異なる極大イデアルを無限に並べると、それらの積が真に減りつづける降鎖を作ってしまう[4]。
降鎖条件に反するので、極大イデアルは途中で尽きる。 が有限集合になるのはこのためです。
根基は冪零
ジャコブソン根基、つまりすべての極大イデアルの共通部分は、アルティン環では冪零になります[1]。
極大イデアルが有限個なので、共通部分と積が同じ役割を果たす。冪零であることが、有限の長さにつながる。
局所環の場合はいっそう単純です。唯一の極大イデアル について となる がある[3]。
逆にネーター局所環で が成り立てば、その環はアルティンです[3]。
有限個の局所環に分かれる
可換アルティン環は、有限個のアルティン局所環の直積に分解します[1,2,3]。
極大イデアルが有限個で互いに素なので、中国剰余定理がそのまま当たる。分解は同型を除いて一意です。
が有限で離散だという条件は、この分解と同じことを述べています[1]。点が離れて並んでいるので、環も因子に分かれる。
有限の長さを持つ
アルティン環は、自分自身を加群と見たとき有限の長さを持ちます[1]。組成列が有限で終わる、という意味です。
有限の長さは、昇鎖条件と降鎖条件を同時に与える。ここがアルティン性からネーター性が出る仕組みの中心にある。
なら長さは になる。素因数分解 の指数を足した数と一致します。
体上の有限次元代数がアルティンになるのも、同じ理由です[2]。次元が有限なら、部分空間の鎖が上にも下にも伸びません。
例: 体
体はいちばん単純なアルティン環です。イデアルが と全体の つしかないので、降鎖は自明に止まる。
次元 でネーターでもあるので、同値条件のどれから見ても当てはまる。
例: k[x] を x の冪で割る
はアルティン局所環の典型です[1,3]。極大イデアルは の像が生成し、その 乗が になる。
イデアルは の像だけで、全部で 個。降鎖はどうやっても 段で尽きます。
上のベクトル空間としての次元は で、長さも です。有限次元代数としてもアルティンになる。
例: 整数を n で割る
は有限環なので、アルティンです[1]。イデアルの個数そのものが有限なので、降鎖の入りようがありません。
なら極大イデアルは と の つ。構造定理どおり に分かれる。
反例: 整数環と多項式環
も もアルティンではありません[1,3]。どちらもネーター環で、次元が あります。
では が止まらない。 を掛け続けても にならないところが、 との違いです。
割ってはじめてアルティンになる、と読めます。次元を まで落とす操作が、そのまま降鎖条件を生む。
剰余環と局所化は受けつぐ
アルティン環の剰余環は、またアルティン環になります[1]。 のイデアルは のイデアルの像なので、降鎖もそのまま像として降りてくる。
局所化も同じ[1]。次元 とネーター性が両方とも局所化で保たれるので、同値条件の 番目から従います。
もっとも、次元 の環では局所化しても新しいものは出ません。極大イデアルで局所化すれば、直積の因子がそのまま取り出せる。
非可換だと左右が食い違う
可換環では左の降鎖条件と右の降鎖条件が一致します。非可換環では、この つが食い違うことがあります[1]。
体上の有限次元行列環はアルティンです[1,2]。ベクトル空間として有限次元なので、左右どちらの鎖も止まる。
極小素での局所化
ネーター環を極小素イデアルで局所化すると、アルティン環が出ます[3]。
極小素の下には素イデアルがないので、局所環の次元は 。ネーター性は局所化で保たれるので、同値条件の 番目がそろう。
準素分解や重複度の議論で、この形のアルティン環がよく現れる。長さが有限なので、数として扱えるためです。










