零因子,亦称零除元,环的一种特殊的非零元。
环R中一个元a≠0,若有0≠b∈R使得ab=0或ba=0,称a是环R的零因子,在非交换环中有左、右零因子之分,如上ab=0时,a称左零因子;ba=0时,a称右零因子。若环R有零因子,则消去律不成立;与零因子意义完全相反的元,即不是零因子的非零元,称为正则元。
数环没有零因子,但在其它环 (如矩阵环)里零因子却可能存在,域中不存在有零因子。
定义
众所周知,在数的普通乘法中,如果a≠0,b≠0,则必有ab≠0,但这一性质在一般环中不再成立。
设a≠0是环R的一个元素,如果在R中存在元素b≠0使ab=0,则称a为环R的一个左零因子,同样可定义右零因子。
左、右零因子统称为零因子,只在有必要区分时才加左或右。
既不是左零因子也不是右零因子的元素,称为正则元。
例题解析
例1 设R为由一切形如
的
方阵关于方阵的普通加法与乘法作成的环,其中x,y为有理数,则 是R的一个左零因子,因为有
但 不是R的右零因子,因为若
则只有 。
例2
数域F上二阶全阵环中, 既是左零因子又是右零因子,因为有
在无零因子的环中,关于乘法的消去律成立。
相关概念
整环 阶大于1、有单位元且无零因子的交换环称为整环。
例如,整数环和数域上的
多项式环都是整环,而例1和例2中的方阵环都不是整环,整环的定义在不同的书中往往稍有差异,请予留意。
特征数 若环R的元素(对加法)有最大阶n,则称n为环R的特征(或特征数),若环R的元素(对加法)无最大阶,则称R的特征是无限(或零)用char R表示环R的特征。
由于
有限群中每个元素的阶都有限,故有限环的元素对加法有最大阶,从而有限环的特征必有限,但是,无限环的特征也可能有限,显然,一阶环即仅包含零元素的环,其特征是1。而在数环中,除去{0}外,其特征均无限。一般来说,环中各元素(对加法)的阶是不相等的,但对无零因子的环来说,这种情况不会发生。
相关定理与性质
定理1
在环R中,若a不是左零因子,则
若a不是右零因子,则
证明 由 得
由于a≠0且a不是左零因子,故b-c=0,b=c。
同理可证另一结论。
如果对环R中任意元素a≠0,b,c,(1)成立,则称环R满足左消去律;若(2)成立,则称R满足右消去律。
推论
若环R无左(或右)零因子,则消去律成立;反之,若R中有一个消去律成立,则R无左及右零因子,且另一个消去律也成立。
证明 由于当R无左零因子时,R也无右零因子,故由定理1即得消去律成立,反之,设在R中左消去律成立,且
即
则b=0,即R无左零因子,从而R也无右零因子,于是右消去律也成立。
定理2
设R是一个无零因子环,且 ,则
1)R中所有非零元素(对加法)的阶均相同;
2)若R的特征有限,则必为素数。
由此定理知,特别地,任何阶大于1的有限环若无零因子,则其特征都是
素数。
如果环R的特征是素数p,且R又是一个交换环,则对R中任意元素 必有
这是因为将 展开后,除去项 外其余各项的系数都是p的倍数,从而都是R的零元。
等式 显然是与数的普通运算规则很不一样的一个等式。
当环有单位元时其特征更明显。
定理3
若环R有
单位元,则单位元在加群(R,+)中的阶就是R的特征。
证明 若单位元1在(R,+)中的阶无限,则R的特征当然无限;若1的阶是正整数n,则在R中任取a≠o,有
即n是R中非零元素的最大阶,亦即