教育150077 views
いろは3025218 views
ヒストリア294981 views
高校物理162509 views
高校化学2933198 views
中学社会670081 views
数学講師2913151 views
高校生物553211 views
中学理科1633649 views
世界の国567435 views
Help
Tools

English

極大イデアルが有限個しかないってどういうこと?半局所環の基本

極大イデアルが有限個しかない環を半局所環といいます[1]。 個なら局所環で、その一歩だけ広げたもの。

を と の 2 か所だけで局所化すると、極大イデアルが 個の環になります[1]。1 点ではなく、有限個の点のまわりを同時に見る道具です。

定義と Jacobson 根基

の極大イデアルが の有限個だとします。Jacobson 根基はその共通部分です。

局所環では になります。半局所環では有限個の交わりで、無限個の交わりを扱わずに済む。

中山の補題は に含まれるイデアルで働きます。だから半局所環でも、局所環と同じ道具立てが使えます。

剰余は体の直積になる

は互いに素なので、中国剰余定理が使えます。

右辺は体の有限直積です。半単純な環になっている[4]。

根基で割ると、環の「骨組み」が 個の体に分かれる。局所環なら 個の体、つまり剰余体そのものです。

局所環

は体が 1 つ。点が 1 個ぶん

半局所環

は体が 個。点が 個ぶん

が有限であることが効いています。極大イデアルが無限にあると、この分解は成り立ちません。

例:整数環を 2 か所で局所化する

を でも でも割り切れない整数の全体とし、 とおきます。 と書いても同じもの。

極大イデアルは と の つだけです[1]。ほかの素数はすべて単元になっています。

で、。体が つ並びます。

この環は整域です。だから 自身が直積に分かれることはありません。分かれるのは根基で割ったあとだけ。

例:座標環が 2 点を表す

をとります。極大イデアルは と の像の つ。

ここでは根基が なので、環そのものが直積になります。

幾何では、 点だけからなる図形の座標環にあたります。 点が離れているので、環も 2 つに割れる。

前の例と比べると違いがはっきりします。 の 点は生成点でつながっているので、環は割れません。

半局所環がいつでも直積に分かれる、というのは 誤り です。

根基が冪零に近いときだけ分かれます。整域の半局所化のように、点どうしがつながっていると分かれません。

直積に分かれる条件

が有限個の極大イデアルを持ち、 が局所冪零なら、 は極大イデアルでの局所化の直積になります[2]。

このとき素イデアルはすべて極大です。スペクトルが有限個の離散な点になる。

条件が要るのは、根基が冪零でないと点どうしが分離しないためです。 では で、冪零からはほど遠い。

アルティン環は半局所

ネーターで Krull 次元が の環、つまり長さが有限の環を考えます。次の 3 つは同値です[3]。

環の長さが有限である。
ネーターで Krull 次元が である。
素イデアルをちょうど 1 つ持つネーター環の有限直積と同型である。

とくに極大イデアルは有限個です。アルティン環は半局所環であり、しかも局所環の有限直積まで分かれます[3]。

体上の有限次元代数もここに入ります。有限群 の群環 は有限次元なので半局所です。

PID なら根基の有無で決まる

を単項イデアル整域とします。体でなければ、 であることと が半局所であることが同値になります[4]。

素元が無限にあれば、根基は です。 や がその形になります。

素元が有限個なら、その積が根基を生む。 では が生成元です。

半局所デデキント整域は単項イデアル整域

デデキント整域の中では、半局所という条件がそのまま単項性に化けます[1]。

イデアルの素因子が有限種類しかないので、素イデアルの積で書いたときに、ちょうどその積を実現する元がとれます。

のイデアルは の形の元で生成されます。すべて単項です。

代数体の整数環は一般に単項イデアル整域ではありません。ところが有限個の素点で局所化すると、類群が消えて単項になる[1]。

完備化

進位相で完備化すると、 も半局所になります。極大イデアルの個数は変わりません。

さらに完備なので、根基の冪が実質的に冪零のようにふるまいます。完備半局所環は、完備局所環の有限直積に分かれる。

もとの環は分かれなくても、完備化すると分かれます。 を完備化すると になる。

整域だったものが、完備化で整域でなくなります。完備化がどれだけ強い操作かが見える例です。

幾何で見ると

局所環は 1 点のまわりを表します。半局所環は有限個の点のまわりを同時に表す。

曲線上の 点 と を同時に扱いたいとき、両方の点で局所化した環が半局所環になります。

分岐の様子を調べるときや、交点を数えるときに自然に現れる設定です。点を 1 つに絞ると情報が足りなくなる場面で使います。

について正しいのはどれですか。

  • と分解する
  • は整域で、
  • 極大イデアルが無限個ある
__RESULT__

は の局所化なので整域で、直積には分かれません。分かれるのは根基で割ったあとです。極大イデアルは と の 2 つだけになります。

まちがえやすい点

半局所環がいつでも局所環の直積になると思う。整域の半局所化は分かれません。
極大イデアルの個数と素イデアルの個数を混同する。素イデアルは無限にあってよい。
が体だと考える。体になるのは局所環のときだけです。
半局所という条件だけでネーター性を期待する。定義に有限性は入っていません。
デデキント整域でない環に、半局所なら単項という結論を当てる。次元 と整閉が要ります。

点を 1 個から有限個へ増やす。それだけで中国剰余定理が使えるようになり、局所環の道具が広い場面に届きます。

出典

Andrew V. Sutherland. *Number Theory I, Lecture 3: Properties of Dedekind domains*, Definition 3.26 と Corollary 3.28. Massachusetts Institute of Technology.
Lemma 10.53.5. The Stacks Project.
Wolfgang Soergel. *Kommutative Algebra und Geometrie*, §6.7. Universität Freiburg.
Stephen A. Mitchell. *The Jacobson radical*. University of Washington.
極大イデアルが有限個なら半局所環です。中国剰余定理で $R/J(R)$ が体の有限直積になり、中山の補題もそのまま働きます。ただし環そのものが直積に分かれるとは限りません。$\mathbb{Z}$ を $3$ と $5$ で局所化した環は整域のままで、分かれるのは完備化してから。アルティン環がすべて半局所であること、半局所デデキント整域が単項イデアル整域になることまで扱います。