Оценочное кольцо

В абстрактной алгебре — кольцо нормирования это область целостности D такая, что для каждого ненулевого элемента x его поля частных F хотя бы один из x или x ⁻¹ принадлежит Д. ​

Для данного поля F , если D является подкольцом F x таким, что либо , либо x ⁻¹ принадлежит D каждого ненулевого x в F , то D называется кольцом нормирования поля F или местом в F. для Поскольку F в этом случае действительно является полем частных D , кольцо нормирования поля является кольцом нормирования. Другой способ охарактеризовать кольца нормирования поля F состоит в том, что кольца нормирования D поля F имеют F в качестве поля частных, а их идеалы упорядочены полностью путем включения ; или, что то же самое, их главные идеалы полностью упорядочены путем включения. В частности, каждое нормированное кольцо является локальным кольцом .

Кольца нормирования поля — это максимальные элементы множества локальных подколец в поле, частично упорядоченных по доминированию или уточнению . где

$(A,{\mathfrak {m}}_{A})$ доминирует $(B,{\mathfrak {m}}_{B})$ если $A\supseteq B$ и ${\mathfrak {m}}_{A}\cap B={\mathfrak {m}}_{B}$.

Каждое локальное кольцо в поле K мажорируется некоторым кольцом нормирования K. поля

Область целостности, локализация которой в любом простом идеале является кольцом нормирования, называется областью Прюфера .

Определения

Существует несколько эквивалентных определений кольца оценок (характеристику с точки зрения доминирования см. ниже). Для области целостности D и ее поля частных K следующие условия эквивалентны:

1. Для каждого ненулевого x в K хотя бы один из x или x ⁻¹ находится Д. в
2. Идеалы D по полностью упорядочены включению.
3. Главные идеалы D по полностью упорядочены включению (т.е. элементы в D с точностью до единиц полностью упорядочены по делимости ).
4. Существует полностью упорядоченная абелева группа Γ (называемая группой значений ) и нормирование ν: K → Γ ∪ {∞} с D = { x ∈ K | ν( х ) ≥ 0 }.

Эквивалентность первых трех определений легко вытекает. Теорема ( Крулл, 1939 ) утверждает, что любое кольцо , удовлетворяющее первым трем условиям, удовлетворяет четвертому: возьмем Γ в качестве фактора K ^× / Д ^× единичной группы K и единичной группой D возьмем ν в качестве естественной проекции. Мы можем превратить Γ в полностью упорядоченную группу, объявив вычетные классы элементов группы D «положительными».

Более того, для любой вполне упорядоченной абелевой группы Γ существует кольцо нормирования D с группой значений Γ (см. ряд Хана ).

Из того факта, что идеалы кольца нормирования полностью упорядочены, можно заключить, что кольцо нормирования является локальной областью и что каждый конечно порожденный идеал кольца нормирования является главным (т. е. кольцо нормирования является областью Безу ). Фактически, это теорема Крулля о том, что область целостности является кольцом нормирования тогда и только тогда, когда она является локальной областью Безу. Отсюда следует также, что кольцо нормирования нётерово тогда и только тогда, когда оно является областью главных идеалов . В этом случае оно либо является полем, либо имеет ровно один ненулевой простой идеал; в последнем случае оно называется кольцом дискретного нормирования . (По соглашению поле не является кольцом дискретного нормирования.)

Группа значений называется дискретной, если она изоморфна аддитивной группе целых чисел , а кольцо нормирования имеет группу дискретного нормирования тогда и только тогда, когда оно является кольцом дискретного нормирования .

Очень редко кольцо оценки может относиться к кольцу, которое удовлетворяет второму или третьему условию, но не обязательно является доменом. Более распространенный термин для этого типа колец — однорядное кольцо .

Примеры

• Любое поле $\mathbb {F}$является оценочным кольцом. Например, поле рациональных функций $\mathbb {F} (X)$ об алгебраическом многообразии $X$.
• Простой пример - это область целостности. $\mathbb {C} [X]$ поскольку инверсия общего $f/g\in \mathbb {C} (X)$ является $g/f\not \in \mathbb {C} [X]$.
• Поле силового ряда :

$\mathbb {F} ((X))=\left\{f(X)=\!\sum _{i>-\infty }^{\infty }a_{i}X^{i}\,:\ a_{i}\in \mathbb {F} \right\}$

имеет оценку $v(f)=\inf \nolimits _{a_{n}\neq 0}n$. Подкольцо $\mathbb {F} [[X]]$ также является оценочным кольцом.

• $\mathbb {Z} _{(p)},$ локализация чисел целых $\mathbb {Z}$в простом идеале ( p ), состоящем из отношений, где числитель — любое целое число, а знаменатель не делится на p . Поле дробей – это поле рациональных чисел $\mathbb {Q} .$
• Кольцо мероморфных функций на всей комплексной плоскости , имеющих ряд Маклорена ( разложение в ряд Тейлора в нуле), является кольцом нормирования. Полем дробей являются функции, мероморфные на всей плоскости. Если f не имеет ряда Маклорена, то он есть у 1/ f .
• Любое кольцо p -адических целых чисел $\mathbb {Z} _{p}$ для данного простого числа p является локальным кольцом с полем частных p -адических чисел. $\mathbb {Q} _{p}$. Интегральное закрытие $\mathbb {Z} _{p}^{\text{cl}}$ целых p -адических чисел также является локальным кольцом с полем дробей $\mathbb {Q} _{p}^{\text{cl}}$( алгебраическое замыкание p -адических чисел). Оба $\mathbb {Z} _{p}$ и $\mathbb {Z} _{p}^{\text{cl}}$ являются оценочными кольцами.
• Пусть k — упорядоченное поле . Элемент k называется конечным, если он лежит между двумя целыми числами n < x < m ; в противном случае его называют бесконечным. Множество D конечных элементов поля k является кольцом нормирования. Множество элементов x таких, что x ∈ D и x ⁻¹ ∉ D — множество бесконечно малых элементов; и элемент x такой, что x ∉ D и x ⁻¹ ∈ D называется бесконечным.
• Кольцо F конечных элементов гипервещественного поля * R (упорядоченное поле, содержащее действительные числа ) является кольцом нормирования * R . F состоит из всех гипердействительных чисел, отличающихся от стандартного вещественного на бесконечно малую величину, что эквивалентно высказыванию гипердействительного числа x такого, что − n < x < n для некоторого стандартного целого числа n . Поле вычетов , конечные гипердействительные числа по модулю идеала бесконечно малых гипердействительных чисел, изоморфно действительным числам.
• Типичный геометрический пример — алгебраические плоские кривые . Рассмотрим кольцо полиномов $\mathbb {C} [x,y]$ и неприводимый полином $f$в этом ринге. Затем кольцо $\mathbb {C} [x,y]/(f)$ — кольцо полиномиальных функций на кривой $\{(x,y):f(x,y)=0\}$. Выберите точку $P=(P_{x},P_{y})\in \mathbb {C} ^{2}$ такой, что $f(P)=0$и это правильная точка на кривой; т. е. локальное кольцо R в точке является регулярным локальным кольцом размерности Крулля один или кольцом дискретного нормирования .
• Например, рассмотрим включение $(\mathbb {C} [[X^{2}]],(X^{2}))\hookrightarrow (\mathbb {C} [[X]],(X))$. Все это подкольца в области ограниченных снизу степенных рядов. $\mathbb {C} ((X))$.

интегральная

Единицы что или обратимые элементы кольца нормирования — это элементы x в D такие, x  ⁻¹ является членом D. также Другие элементы D называемые неединицами, не имеют обратного в D и образуют идеал M. , Этот идеал является максимальным среди (полностью упорядоченных) идеалов D. Поскольку — максимальный идеал , факторкольцо D / M является полем, называемым вычетов D. полем M

В общем, мы говорим локальное кольцо $(S,{\mathfrak {m}}_{S})$ доминирует на местном ринге $(R,{\mathfrak {m}}_{R})$ если $S\supseteq R$ и ${\mathfrak {m}}_{S}\cap R={\mathfrak {m}}_{R}$; другими словами, включение $R\subseteq S$является локальным кольцевым гомоморфизмом . Каждое местное кольцо $(A,{\mathfrak {p}})$в поле K доминирует некоторое кольцо нормирования поля K . Действительно, множество, состоящее из всех подколец R кольца K , содержащих A и $1\not \in {\mathfrak {p}}R$непусто и индуктивно; таким образом, имеет максимальный элемент $R$по лемме Цорна . Мы утверждаем, что R — кольцо нормирования. R — локальное кольцо с максимальным идеалом, содержащим ${\mathfrak {p}}R$по максимальности. Опять же по максимальности оно также целозамкнуто. Сейчас если $x\not \in R$, то по максимальности ${\mathfrak {p}}R[x]=R[x]$ и таким образом мы можем написать:

$1=r_{0}+r_{1}x+\cdots +r_{n}x^{n},\quad r_{i}\in {\mathfrak {p}}R$.

С $1-r_{0}$ является единичным элементом, это означает, что $x^{-1}$является целым по R ; таким образом, это в R . Это доказывает, что R является кольцом нормирования. ( R доминирует над A , поскольку его максимальный идеал содержит ${\mathfrak {p}}$ по конструкции.)

Локальное кольцо R в поле K является кольцом нормирования тогда и только тогда, когда оно является максимальным элементом множества всех локальных колец, содержащихся в K, частично упорядоченных по доминантности. Это легко следует из вышесказанного.

Пусть A — подкольцо поля K и $f:A\to k$ в гомоморфизм кольца алгебраически замкнутое поле k . Тогда f продолжается до кольцевого гомоморфизма $g:D\to k$, D некоторое кольцо нормирования K , содержащее A . (Доказательство: Пусть $g:R\to k$— максимальное расширение, которое, очевидно, существует по лемме Цорна. По максимальности R — локальное кольцо с максимальным идеалом, ядро ​​f содержащим . Если S — локальное кольцо, доминирующее над R , то S алгебраично над R ; если не, $S$ содержит кольцо полиномов $R[x]$до которого продолжается g , что противоречит максимальности. Следует $S/{\mathfrak {m}}_{S}$ является алгебраическим полевым расширением $R/{\mathfrak {m}}_{R}$. Таким образом, $S\to S/{\mathfrak {m}}_{S}\hookrightarrow k$расширяет г ; следовательно, S = R .)

Если подкольцо R поля K содержит кольцо нормирования D поля K , то, согласно определению 1, R также является кольцом нормирования поля K . В частности, R локально и его максимальный идеал стягивается к некоторому простому идеалу из D , скажем, ${\mathfrak {p}}$. Затем $R=D_{\mathfrak {p}}$ с $R$ доминирует $D_{\mathfrak {p}}$, которое является кольцом нормирования, поскольку идеалы полностью упорядочены. Это наблюдение сводится к следующему: существует биективное соответствие ${\mathfrak {p}}\mapsto D_{\mathfrak {p}},\operatorname {Spec} (D)\to$множество всех подколец кольца K , содержащих D . В частности, D целозамкнуто, а размерность Крулля D , — это количество собственных подколец кольца K содержащих D .

В действительности, целочисленное замыкание области целостности A в поле частных K A , есть пересечение всех колец нормирования K содержащих A . Действительно, интегральное замыкание содержится в пересечении, поскольку кольца нормирования целозамкнуты. Обратно, пусть x принадлежит K но не является целым по A. , Поскольку идеал $x^{-1}A[x^{-1}]$ не является $A[x^{-1}]$, он содержится в максимальном идеале ${\mathfrak {p}}$. Тогда существует кольцо нормирования R , которое доминирует в локализации $A[x^{-1}]$ в ${\mathfrak {p}}$. С $x^{-1}\in {\mathfrak {m}}_{R}$, $x\not \in R$.

Доминирование используется в алгебраической геометрии . Пусть X — алгебраическое многообразие над полем k . Тогда мы говорим кольцо нормирования R в $k(X)$ имеет «центр x на X », если $R$ доминирует на местном ринге ${\mathcal {O}}_{x,X}$ пучка структуры в точке x .

Идеалы

Мы можем описать идеалы в кольце нормирования посредством его группы ценностей.

Пусть Г — вполне упорядоченная абелева группа . Подмножество Δ из Γ называется сегментом , если оно непусто и для любого α из Δ любой элемент между −α и α также находится в Δ (включая конечные точки). Подгруппа группы Γ называется изолированной подгруппой , если она является сегментом и является собственной подгруппой.

Пусть D — кольцо нормирования со нормированием v и группой значений Γ. Для любого подмножества A из D положим $\Gamma _{A}$ быть дополнением союза $v(A-0)$ и $-v(A-0)$ в $\Gamma$. Если I — собственный идеал, то $\Gamma _{I}$ является сегментом $\Gamma$. Фактически, отображение $I\mapsto \Gamma _{I}$ определяет обратную включение биекцию между множеством собственных идеалов D и множеством сегментов $\Gamma$. При этом соответствии ненулевые простые идеалы группы D биективно соответствуют изолированным подгруппам группы Γ.

Пример: Кольцо p -адических целых чисел. $\mathbb {Z} _{p}$ представляет собой оценочное кольцо с группой значений $\mathbb {Z}$. Нулевая подгруппа $\mathbb {Z}$ соответствует единственному максимальному идеалу $(p)\subseteq \mathbb {Z} _{p}$и всю группу к нулевому идеалу . Максимальный идеал — единственная изолированная подгруппа $\mathbb {Z}$.

Множество изолированных подгрупп полностью упорядочено по включению. Высота (Γ ) или ранг r группы Γ определяется как мощность множества изолированных подгрупп группы Γ. Поскольку ненулевые простые идеалы вполне упорядочены и соответствуют изолированным подгруппам группы Γ, высота Γ равна размерности Крулля кольца нормирования D, связанного с Γ.

Наиболее важным частным случаем является высота один, что эквивалентно тому, что Γ является подгруппой действительных чисел. $\mathbb {R}$ при добавлении (или, что то же самое, положительных действительных чисел $\mathbb {R} ^{+}$при умножении.) Кольцо нормирования с нормированием высоты единица имеет соответствующее абсолютное значение, определяющее ультраметрическое место . Особым случаем являются кольца дискретного нормирования, упомянутые ранее.

Рациональный ранг rr (Γ) определяется как ранг группы значений как абелевой группы:

$\mathrm {dim} _{\mathbb {Q} }(\Gamma \otimes _{\mathbb {Z} }\mathbb {Q} ).$

Места

Этот раздел основан на работе Зариски и Сэмюэля, 1975 год .

Общее определение

Местом любого поля K называется гомоморфизм колец p кольца нормирования D поля K в некоторое поле такой, что для $x\not \in D$, $p(1/x)=0$. Образ места — это поле, называемое полем вычетов p . Например, каноническое отображение $D\to D/{\mathfrak {m}}_{D}$ это место.

Пример

Пусть A — дедекиндова область и ${\mathfrak {p}}$главный идеал. Тогда каноническое отображение $A_{\mathfrak {p}}\to k({\mathfrak {p}})$ это место.

Специализация мест

Мы говорим, что место p специализируется на месте p ′ , обозначаемом $p\rightsquigarrow p'$, если кольцо нормирования p содержит кольцо нормирования p ' . В алгебраической геометрии мы говорим, что простой идеал ${\mathfrak {p}}$ специализируется на ${\mathfrak {p}}'$ если ${\mathfrak {p}}\subseteq {\mathfrak {p}}'$. Эти два понятия совпадают: $p\rightsquigarrow p'$ тогда и только тогда, когда простой идеал, соответствующий p , специализируется до простого идеала, соответствующего p ′ в некотором кольце нормирования (напомним, что если $D\supseteq D'$ являются кольцами нормирования одного и того же поля, то D соответствует простому идеалу $D'$.)

Пример

Например, в поле функции $\mathbb {F} (X)$ некоторого алгебраического многообразия $X$ каждый главный идеал ${\mathfrak {p}}\in {\text{Spec}}(R)$ содержится в максимальном идеале ${\mathfrak {m}}$ дает специализацию ${\mathfrak {p}}\rightsquigarrow {\mathfrak {m}}$.

Замечания

Можно показать: если $p\rightsquigarrow p'$, затем $p'=q\circ p|_{D'}$ для некоторой позиции q поля вычетов $k(p)$из п . (Наблюдать $p(D')$ представляет собой оценочное кольцо $k(p)$и пусть q — соответствующее место; остальное механическое.) Если D — кольцо нормирования p , то его размерность Крулля — это мощность специализаций, отличных от p , до p . Таким образом, для любой точки p с кольцом нормирования D поля K над полем k имеем:

$\operatorname {tr.deg} _{k}k(p)+\dim D\leq \operatorname {tr.deg} _{k}K$.

Если p — место и A — подкольцо кольца нормирования p , то $\operatorname {ker} (p)\cap A$ называется центром p ​ в A .

Места в бесконечности

Для функционального поля на аффинном многообразии $X$ существуют оценки, не связанные ни с одним из простых чисел $X$. Эти оценки называются местами на бесконечности . [1] Например, аффинная линия $\mathbb {A} _{k}^{1}$ имеет функциональное поле $k(x)$. Место, связанное с локализацией

$k\left[{\frac {1}{x}}\right]$

в максимальном идеале

${\mathfrak {m}}=\left({\frac {1}{x}}\right)$

это место в бесконечности.

Источники

• Бурбаки, Николя (1972). Коммутативная алгебра . Элементы математики (Первое изд.). Аддисон-Уэсли. ISBN  978-020100644-5 .
• Кон, П.М. (1968), «Кольца Безу и их подкольца» (PDF) , Proc. Кембриджская философия. Соц. , 64 (2): 251–264, Bibcode : 1968PCPS...64..251C , doi : 10.1017/s0305004100042791 , ISSN   0008-1981 , MR   0222065 , S2CID   123667384 , Zbl   0157.0 8401
• Эфрат, Идо (2006), Оценки, упорядочения и К- теория Милнора , Математические обзоры и монографии, том. 124, Провиденс, Род-Айленд: Американское математическое общество , ISBN.  0-8218-4041-Х , Збл   1103.12002
• Фукс, Ласло; Сальсе, Луиджи (2001), Модули над ненетеровыми областями , Математические обзоры и монографии, том. 84, Провиденс, Род-Айленд: Американское математическое общество , ISBN.  978-0-8218-1963-0 , МР   1794715 , Збл   0973.13001
• Хартсхорн, Робин (1977), Алгебраическая геометрия , Тексты для аспирантов по математике , том. 52, Нью-Йорк: Springer-Verlag, ISBN.  978-0-387-90244-9 , МР   0463157
• Крулл, Вольфганг (1939), «Вклад в арифметику коммутативных областей целостности. VI. Общая дискриминантная теорема. Расширения неразветвленных колец», Mathematical Journal , 45 (1): 1–19, doi : 10.1007/BF01580269 , ISSN   0025- 5874 , МР   1545800 , С2КИД   121374449 , Збл   0020.34003
• Мацумура, Хидеюки (1989), Коммутативная теория колец , Кембриджские исследования по высшей математике, том. 8, Перевод с японского Майлза Рида (второе изд.), ISBN  0-521-36764-6 , Збл   0666.13002
• Зариски, Оскар ; Сэмюэл, Пьер (1975), Коммутативная алгебра. Том. II , Берлин, Нью-Йорк: Springer-Verlag , ISBN  978-0-387-90171-8 , МР   0389876