I matematik er en noetherisk ring et særligt tilfælde af ring , det vil sige et sæt forsynet med en tilføjelse og en multiplikation, der er kompatibel med tilføjelsen, i betydningen distribution .
Mange matematiske spørgsmål udtrykkes i en ringkontekst, endomorfismerne i et vektorrum eller et modul på en ring , algebraiske heltal af algebraisk talteori eller endda overflader af algebraisk geometri . Hvis ringene er mange, er sjældne de, der har egenskaber, der er fælles for de enkleste eksempler, såsom relative heltal eller polynomer med koefficienter i et felt . Den euklidiske opdeling eksisterer generelt ikke mere, idealerne , hovedværktøjerne til teorien om ringene , er ikke altid vigtige mere, og aritmetikens grundlæggende sætning har ikke noget mere ækvivalent.
Metoden med kun at se på et spørgsmål fra perspektivet af de specifikke egenskaber ved en bestemt ringstruktur har vist sig at være en succes. Richard Dedekind brugte det med succes i aritmetik og David Hilbert i algebraisk geometri . I 1920-1921 valgte Emmy Noether et mere begrænset antal ejendomme verificeret af visse ringe og viste adskillige resultater på dem.
Udtrykket “Noetherian ring” vises i 1943 fra Claude Chevalleys pen.
I en store ring , alle idealer er vigtigste . Med andre ord, hvis ringen betragtes som et modul for sig selv, så er dets idealer submoduler genereret af et element. Men mange almindelige ringe er ikke primære. Ringen ℤ [ X ] af polynomer med heltalskoefficienter er et eksempel på en ikke- hovedring .
I aritmetik er det almindeligt at bruge ringe af algebraiske heltal , såsom ringen ℤ [ i √ 5 ], som er et eksempel på en ring med ikke-hovedkvadratiske heltal . Imidlertid genereres alle idealer i ℤ [ i √ 5 ] af et eller to elementer. Konfigurationen er analog for enhver ring af algebraiske heltal i et talfelt . I en sådan ring genereres idealerne, som ikke genereres af et enkelt element, af et begrænset antal elementer. Denne egenskab, der indikerer, at ethvert ideal af en ring A indrømmer en endelig genererende familie, er hyppig i matematik. Det svarer til begrebet formaliseret ved definitionen af Noetherian ring .
Denne konfiguration er fundet i teorien om grupper . Hvis en abelsk gruppe (set som ℤ-modulus) er af begrænset art (dvs. optager en endelig genererende del ), alle dets undergrupper er finite typen undermoduler . Ejendommen er den samme, selvom den gælder for et modul og ikke længere for en ring. Mere generelt er en endelig type modul, hvor hver submodul er af endelig type, en god erstatning for hypotesen om den endelige dimension i lineær algebra og svarer til begrebet Noetherian modul .
Ligesom et kommutativt felt er et vektorrum i sig selv, er det muligt at betragte en ring A som et A- modul. Hvis ringen ikke er kommutativ, er der to forskellige eksterne produkter. Lad λ være et element af A set som en skalar og et element af A set som en vektor, de to eksterne produkter associeres henholdsvis med (λ, a ) vektorerne λ. a og a .λ. Ringen A har således to strukturer af A- modul, den ene til venstre og den anden til højre, som falder sammen, hvis A er kommutativ.
En anden forskel ligger i vektors underområder . En krop indeholder kun to: nul plads og selve kroppen. For en ring A , der betragtes som A- modul til venstre (resp. Til højre), falder begrebet submodul sammen med ideen til venstre (resp. Til højre).
En ring A, der altid antages at være enhed i denne artikel , har A- modul A en genererende familie, der består af et enkelt element: enheden (eller ethvert inverterbart element).
Noetherianity defineres også blot på et modul. Definitionen af en Noetherian-ring bliver derefter et specielt tilfælde, hvor ringen betragtes som et modul på sig selv (til venstre eller til højre).
I tilfælde af kommutative ringe falder disse tre definitioner sammen.
Lad P være en undermodul af M , modulet M er noetherisk, hvis og kun hvis P og M / P er.
DemonstrationVi udleder straks:
Vi har to alternative og ækvivalente definitioner af begrebet Noetherian modul (som straks oversættes til ringe):
Lad M være et A- modul. Følgende tre egenskaber er ækvivalente:
Egenskaber 2 og 3 udgør opstigende kæde tilstand på undermoduler af M .
DemonstrationLad ( M n ) en stigende sekvens af undermoduler af M . Betegn ved N foreningen af alle modulerne M n . Da de er indlejrede, er N en submodul. Ved hypotese 1 indrømmer N en endelig genereringsfamilie ( m j ). Hver af disse vektorer m j tilhører N , derfor til en af de M n (og til alle de følgende): Der eksisterer derfor et indeks n j , således at denne vektor m j tilhører alle den M i for i større end eller lig med n j . Enten n de maksimale finite familie indekser n j hvis jeg er større end n derefter M i indeholder familien ( m j ), og derfor N . Dette viser, at sekvensen af undermoduler er konstant fra rang n og derfor stationær.
Vi begrunder ved at være kontrasterede, vi antager derfor, at et ikke-frit sæt F af undermoduler ikke har et maksimalt element. Vi vil definere en sekvens ( M n ) strengt voksende elementer af F . Lad M 0 ethvert element af F . Vi antager, at sekvensen er defineret i rækkefølge n , M n ikke er et maksimalt element af F , vi kan derfor i F vælge et element M n +1, der indeholder strengt M n . Der er derefter en strengt stigende sekvens for inklusion. Ved modsætning er beviset bevist.
Ejendom 3 er arvelig ( dvs. verificeret af en hvilken som helst undermodul af M, så snart den er verificeret af M ), det er tilstrækkeligt at vise, at ethvert modul M, der tilfredsstiller det, er af endelig type. Overvej sæt F undermoduler af finite typen M . For hypotese 3, F har en maksimal element N . Vis at M = N . Ved konstruktion er N af begrænset type: der findes en endelig familie ( f i ), der genererer den. Eller m ethvert element af M , overveje undermodul P genereres af familien bestående af m og f i : P er derfor finitely tilhører F . Som N er maksimal og P den indeholder N er lig med P . Derfor indeholder N vektoren m . Da m er en hvilken som helst vektor af M , er N lig med M , hvilket viser, at modulet M er af endelig type.
Nedbrydningen af idealer er mere delikat. I den primære kommuterende ring ℤ er for eksempel idealet 12ℤ lig med både produktet af idealerne 2ℤ, 2ℤ og 3 to og skæringspunktet mellem idealerne 2 2 ℤ og 3ℤ (som også er deres produkt). Kun i en Noetherian kommutativ ring nærmer sig tre egenskaber den (den første bruges i artiklen " Diskret værdiansættelsesring ", den fjerde er Lasker-Noether-sætningen ):
Lad A være en kommanderende ring fra Noether.
Enhver surjectiv endomorfisme af et Noetherian-modul er en automorfisme.
Ethvert kommutativt felt er åbenlyst Noetherian, for fraværet af ikke-trivielle idealer. Hver hovedring er også Noetherian, fordi ethvert ideal genereres af et unikt element, således at ℤ, K [ X ] ringen af polynomer med koefficienter i et felt er Noetherian. På den anden side er det, når det er muligt, lettere at studere dem ved hjælp af en euklidisk division eller, hvilket altid er muligt, at bruge den grundlæggende sætning af aritmetik inden for rammerne af en ringfaktor .
Enhver endelig ring er Noetherian, vi finder deres tilstedeværelse, for eksempel i sammenhæng med algebraisk geometri eller algebraisk talteori.
En ring af polynomer er ikke altid principiel; ℤ [ X ] er et allerede citeret eksempel. En polynomiel ring i flere variable A [ X , Y ] er ikke primære, den ideelle af polynomier af graden større end eller lig med 1 kræver to generatorer, ubestemt X og Y .
Følgende sætning, opdaget af David Hilbert i 1888, kaldes undertiden Hilbert-grundlæggende sætning :
Lad A være en kommandativ ring fra Noether, ring af polynomer A [ X ] er Noetherian.
Det kan let generaliseres (ved induktion) til tilfældet med flere ubestemte :
Lad A være en Noetherian kommutativ ring og n et naturligt heltal, ringen af polynomer A [ X 1 ,…, X n ] er Noetherian.
På den anden side er en ring af polynomer over et uendeligt antal ubestemte aldrig noetherian (uanset hvilken koefficientring): sekvensen af idealer hvis n er genereret af ( X 1 , ..., X n ) er stigende men ikke stille.
Som et eksempel på brug kan man forestille sig i geometri en algebraisk overflade S defineret som sæt rødder af en uendelig familie af polynomer med flere ubestemte og på en Noetherian-ring. Sætningen af basen Hilbert siger, at det er tilstrækkeligt at overveje et endeligt sæt af polynomier for S . Faktisk er det sæt polynomer, der annullerer på S , et ideal.
Bevis for Hilberts grundlæggende sætningLad J være ethvert ideal for A [ X ]; Målet er at vise, at J er af begrænset type, hvilket vil bevise, at A [ X ] er Noetherian.
Lad ( D n ) være sekvensen af idealer A defineret ved:
Denne sekvens ( D n ) er voksende (bil ) og derfor konstant startende fra en rang r (fordi A er noetherian). Foreningen af alle de D n er derfor lig med D r .
For hvert heltal n , det ideelle D n er finite type (fordi A er noetherian) har derfor en begrænset genererende familie ( en n, i ) (det andet indeks, jeg , traverser et endeligt sæt jeg n ). For hver af disse en n, i , lad P n, i være et polynomium af J af graden n og dominerende koefficient lig med en n, i .
Viser, at familien finite ( P n, i ), dobbelt indekseret af n er mindre end eller lig med r og jeg i jeg n , genererer J . Denne påstand betyder, at ethvert polynom Q af J udtrykkes som en lineær kombination med koefficienter i A [ X ] i denne familie ( Pn , i ).
Hvis Q er nul, er det øjeblikkeligt. Ellers kommer vi tilbage til dette tilfælde ved induktion på graden d af Q : antag, at familien genererer alle polynomier af J med grad strengt lavere end det naturlige heltal d (for d = 0 er det erhvervet, det eneste polynom af grad <0 er nul polynom). Lad q være den dominerende koefficient for Q og s = min ( r , d ). Derefter hører q til D d = D s . Der eksisterer følgelig en familie (μ i ) af elementer af A sådan, at
Induktionshypotesen viser, at Q genereres af familien ( Pn , i ), som afslutter beviset.
Ved et lignende argument (der bærer de ikke-nul koefficienter af lavere grad i stedet for de dominerende koefficienter), beviser vi følgende sætning (som er generaliseret på samme måde til flere ubestemte):
Lad A være en Noetherian kommutativ ring, den formelle serie ring A [[ X ]] er Noetherian.
Flere eksempler på ringe fra Noetherian kommer fra aritmetik gennem studiet af diofantiske ligninger , selvom deres anvendelse nu går langt ud over denne ramme. Et simpelt eksempel er givet ved Fermats to kvadrater sætning , som involverer den Gaussiske ring af heltal . Det er ringen af heltal i et kvadratisk felt, så ligesom ringen af heltal for et hvilket som helst talfelt er det en Dedekind-ring og en endelig type ℤ-modul. Især er han noetherian. Mere generelt :
Være
Har en integreret kommutativ ring, K hans krop af fraktioner , L en endelig adskillelig forlængelse af K og B ring elementer af L heltal på A .Hvis A ikke er etherisk og integreret lukket, er B et A- modul af begrænset type.
(Artiklen " Hele elementet " viser, at B er en ring. Det indeholder åbenbart A, og den er kommutativ enhed og integreres.) Bemærk, at ifølge denne erklæring er B ikke etherisk som A-modul, men også som en ring , da det er et kvotient af en ring af polynomer i et endeligt antal ubestemte med koefficienter i A.
DemonstrationDen her foreslåede demonstration bruger sporformen , som også bruges til at definere en ringes diskriminerende . Sporet form af L løbet K er ikke-degenereret derfor determinant Δ af dets matrix M , i en basis ( b 1 , ..., b n ) af K- vektorrum L , ikke er nul. Ved at vælge b k i B , M er flere koefficienter i A . Afslutningsvis er det tilstrækkeligt at kontrollere, at B er inkluderet i sub- A -modul af L genereret af b 1 / Δ, ..., b n / Δ, anvendelse Laplace formel :
I samme register har vi også:
Sætning Krull-Akizuki - Lad A være en kommutativ ring inkorporerer Noetherian hvis første ikke-nul ideal er maksimal, K sit felt af fraktioner, L et endeligt forlængelse af K , og B en delring af L indeholdende A . Så er B noetherian, og ethvert ikke-nul-primært ideal for B er maksimalt. Desuden er det for enhver ikke-nul ideal J af B , den A -modul B / J er finite type.
De fleste algebraiske operationer holder ikke æterisk. Lad os huske og udfylde eksemplerne ovenfor:
På den anden side generelt