极大理想
特殊理想
设R是一个环,I是R的真理想,若不存在R的理想J,使I⊂J⊂R,则称I是R的一个极大理想(maximal ideal)。类似地,可定义极大理想,任意有单位元的环一定有极大理想,a是R的极大理想当且仅当R/a是单纯环,若R是有1的交换环,则a是R的极大理想当且仅当R/a是域,极大理想在局部环的研究中尤为重要。
定义
设M是环R的一个理想,且,如果除R和M外,R中没有包含M的其他理想,则称M为环R的一个极大理想。
性质
1.非零幺环存在极大理想。
2.交换环R满足R2=R,则R中每个极大理想都是素理想
3.设为k上代数同态,是B的一个极大理想。若B是有限生成的,则原像也是A的极大理想。
4.设K为域,为Kn的点。则为K上n元多项式环的极大理想。
5.设为代数闭域K上n元多项式环的极大理想,则Kn存在点满足。
6.设K为代数闭域,S为K上n元多项式环的子集,则仿射簇与所有包含S的K上n元多项式环的极大理想的集合一一对应。
定理
定理1
设N是整数环Z的一个理想,则
是极大理想由素数生成.
证明 设是素数,又K是Z的一个理想,且
令,则,只有或p,即只有
从而是Z的极大理想。
反之,设N是Z的极大理想,由于Z的理想都是主理想,故可设,且不妨设n是正整数,如果n是合数,令
则Z的理想,但却有
这与N是Z的极大理想矛盾,故n必为素数。(证毕)。
根据这个定理,并由例1可知,除平凡理想外,整数环的素理想和极大理想是一致的,但是,对有些环来说并不是这样。
定理2
设N是环R的一个理想,则
是极大理想今是单环
证明 用表示R到R=R/N的自然同态
设N是R的一个极大理想,而为的任一非零理想,则由相应定理知,在之下的逆像K是R的一个理想。由于,而的逆像为N,故,又因,故,即,但N是R的极大理想,故
即只有平凡理想,R/N是单环。
反之,设是单环,K是R的一个理想,且
则.但由于,故,又因是单环,故。
任取,则,从而有使
于是因此,即N是R的极大理想。(证毕)。
我们知道,域是单环,以下将指出,在一定条件下其逆也成立。
定理3
设交换幺环R是一个单环,R是一个域。
证明 在R中任取,则.但R是单环,只有平凡理想,故
于是单位元,但对有单位元的交换环来说,中元素都可表为
于是,其中,即R中每个非零元都有逆元,从而R是一个域。(证毕)。
由以上两个定理立即可得下面推论。
推论1
设R是一个交换幺环,,则
是极大理想是域.
证明 设R/N是域,而域是单环,于是由定理2知,N是R的一个极大理想。
反之,设N是R的一个极大理想,由定理2,R/N是单环,又因环R有单位元且可换,从而R/N也有单位元且可换,故由定理3,R/N是一个域。(证毕)。
根据这个推论,再结合定理1又可得下面推论。
推论2
交换幺环的极大理想必为素理想
这样,在交换幺环中,只要给出一个极大理想,便可立即得到一个与这个环有密切联系的域,于是,可以通过所得到的域进一步研究所给的环。
例2 由素数p生成的理想是整数环Z的极大理想,而Z有单位元且可换,故由推论1知,即是一个域。
这样,我们从极大理想出发,又一次证明了是一个域。
例子
在模8剩余类环中,理想不是的素理想(因为,但是),也不是的极大理想(因为)。但是,易知理想既是的素理想也是的极大理想。
应该注意的是,素理想是在交换环内定义的,但极大理想并无这种限制。
参考资料
最新修订时间:2024-12-11 18:29
目录
概述
定义
性质
定理
参考资料