Wniosek Niech R będzie pierścieniem, niech I R. WówczasI R wtedy i tylko wtedy, gdy I jest jądrem pewnego homomorfizmu.

Podobne dokumenty
im = (P )={b 2 R : 9a 2 P [b = (a)]} nazywamy obrazem homomorfizmu.

(6) Homomorfizm φ : P R nazywamy epimorfizmem kategoryjnym, jeśli dla każdego pierścienia. jeśli φ ψ 1 = φ ψ 2, to ψ 1 = ψ 2 ;

Uwaga 1.2. Niech (G, ) będzie grupą, H 1, H 2 < G. Następujące warunki są równoważne:

1 Określenie pierścienia

i=0 a ib k i, k {0,..., n+m}. Przypuśćmy, że wielomian

Działania Definicja: Działaniem wewnętrznym w niepustym zbiorze G nazywamy funkcję działającą ze zbioru GxG w zbiór G.

... [a n,b n ] kn [M 1,M 2 ], gdzie a i M 1, b i M 2, dla i {1,..., n}. Wówczas: [a 1,b 1 ] k [a n,b n ] kn =(a 1 b 1 a 1

14. Wykład 14: Grupa Galois wielomianu. Zasadnicze twierdzenia teorii Galois. Rozszerzenia rozwiązalne, cykliczne i abelowe

ALGEBRA LINIOWA Z ELEMENTAMI GEOMETRII ANALITYCZNEJ

1. R jest grupą abelową względem działania + (tzn. działanie jest łączne, przemienne, istnieje element neutralny oraz element odwrotny)

Φ(f) ={g 1,...,g n }, jeżeli f ma przedstawienie f = x j g j dla pewnych x i R \{0}.

1. Określenie pierścienia

12. Wykład 12: Algebraiczne domkniecie ciała. Wielokrotne pierwiastki wielomianów. Rózniczkowanie wielomianów. Elementy rozdzielcze.

Algebra II Wykład 1. Definicja. Element a pierścienia R nazywamy odwracalnym, jeśli istnieje element b R taki, że ab = 1.

Algorytm Euklidesa. ZADANIE 1. Oblicz korzystając z algorytmu Euklidesa: (a) NWD(120, 195), (b) NWD(80, 208), (c) NWD(36, 60, 90),

Matematyka dyskretna. 1. Relacje

Kombinacje liniowe wektorów.

1 Pierścienie i ich homomorfizmy. Ideał, pierścień ilorazowy. Ideały pierwsze i maksymalne, dziedziny i ciała - definicje i przykłady

Podciała, podciała generowane przez zbiór, rozszerzenia ciał.

= b i M i [x], gdy charf = p, to a i jest pierwiastkiem wielomianu x n i

Algebrą nazywamy strukturę A = (A, {F i : i I }), gdzie A jest zbiorem zwanym uniwersum algebry, zaś F i : A F i

Ćwiczenia 1 - Pojęcie grupy i rzędu elementu

9 Przekształcenia liniowe

2 Kongruencje 5. 4 Grupy 9. 5 Grupy permutacji Homomorfizmy grup Pierścienie 16

13. Cia la. Rozszerzenia cia l.

1 Pierścienie, algebry

Matematyka dyskretna

Algebrę L = (L, Neg, Alt, Kon, Imp) nazywamy algebrą języka logiki zdań. Jest to algebra o typie

ALGEBRA Z GEOMETRIĄ PIERŚCIENIE, CIAŁA I HOMOMORFIZMY

1 Grupy. 1.1 Grupy. 1.2 Podgrupy. 1.3 Dzielniki normalne. 1.4 Homomorfizmy

Algebra I. Grzegorz Bobiński. wykład z ćwiczeniami dla studentów II roku matematyki. Wydział Matematyki i Informatyki UMK w Toruniu

Definicje- Algebra III

Algebra liniowa z geometrią. wykład I

ALGEBRA Z GEOMETRIĄ CIAŁO FUNKCJI WYMIERNYCH

Informatyka Stosowana. a b c d a a b c d b b d a c c c a d b d d c b a

Treść wykładu. Pierścienie wielomianów. Dzielenie wielomianów i algorytm Euklidesa Pierścienie ilorazowe wielomianów

a 11 a a 1n a 21 a a 2n... a m1 a m2... a mn a 1j a 2j R i = , C j =

Rozszerzenie ciała o pierwiastek wielomianu. Ciało rozkładu wielomianu.

Algebra liniowa nad pierścieniami

Wykład 10. Stwierdzenie 1. X spełnia warunek Borela wtedy i tylko wtedy, gdy każda scentrowana rodzina zbiorów domkniętych ma niepusty przekrój.

Logika matematyczna w informatyce

. : a 1,..., a n F. . a n Wówczas (F n, F, +, ) jest przestrzenią liniową, gdzie + oraz są działaniami zdefiniowanymi wzorami:

Matematyka dyskretna

Wykład 4 Udowodnimy teraz, że jeśli U, W są podprzetrzeniami skończenie wymiarowej przestrzeni V to zachodzi wzór: dim(u + W ) = dim U + dim W dim(u

ALGEBRA Z GEOMETRIĄ OD RÓWNAŃ DO ODWZOROWAŃ LINIOWYCH

Algebra konspekt wykladu 2009/10 1. du na dzialanie na zbioze G, jeśli dla dowolnych elementów x, y S, x y S. S jest zamkniety ze wzgle

Ciała skończone. 1. Ciała: podstawy

Baza i stopień rozszerzenia.

Twierdzenie 5.1 Definicja i uwaga 5.1. relacjami zadana za pomocą zbioru generatorów i zbioru relacji kodem genetycz- nym

Uniwersytet w Białymstoku. Wykład monograficzny

Algebra liniowa 3. Kazimierz Szymiczek

ALGEBRA Z GEOMETRIĄ BAZY PRZESTRZENI WEKTOROWYCH

3 Abstrakcyjne kompleksy symplicjalne.

B jest liniowo niezależny V = lin (B) 1. Układ pusty jest bazą przestrzeni trywialnej {θ}. a i v i = i I. b i v i, (a i b i ) v i = θ.

Wykład 12 i 13 Macierz w postaci kanonicznej Jordana , 0 A 2

Podstawowe struktury algebraiczne

Podstawy logiki i teorii mnogości Informatyka, I rok. Semestr letni 2013/14. Tomasz Połacik

Seria zadań z Algebry IIR nr kwietnia 2017 r. i V 2 = B 2, B 4 R, gdzie

Praca domowa - seria 6

Algebra abstrakcyjna

Zadania z Algebry Studia Doktoranckie Instytutu Matematyki Uniwersytetu Śląskiego 1

Struktury formalne, czyli elementy Teorii Modeli

1. Wykład NWD, NWW i algorytm Euklidesa.

Wielomiany wielu zmiennych.

Egzamin z logiki i teorii mnogości, rozwiązania zadań

Wykład 5. Ker(f) = {v V ; f(v) = 0}

Zadania z Algebry liniowej 4 Semestr letni 2009

Przykładowe zadania z teorii liczb

Rozdzia l 3. Elementy algebry uniwersalnej

DB Algebra liniowa 1 semestr letni 2018

Wykład z Analizy Matematycznej 1 i 2

2 Algebra 2 zarys wykładu Szymon Brzostowski Element b G spełniający warunek G3 dla danego a G i e G nazywamy elementem odwrotnym do a i oznaczamy prz

Uzupełnienia dotyczące zbiorów uporządkowanych (3 lutego 2011).

Algebra i jej zastosowania - konspekt wykładu

5. Algebra działania, grupy, grupy permutacji, pierścienie, ciała, pierścień wielomianów.

1 Grupy. 1.1 Grupy. (2) dla działania istnieje element neutralny, tzn. istnieje e G taki, że ae = a = ea dla dowolnego a G;

Grupy, pierścienie i ciała

Wyk lad 11 Przekszta lcenia liniowe a macierze

jest przemienny. h f J.


1 Rachunek zdań, podstawowe funk tory logiczne

Spis treści. Wstęp 7. Oznaczenia 9

Elementy logiki i teorii mnogości

Paweł Gładki. Algebra. pgladki/

O pewnych związkach teorii modeli z teorią reprezentacji

Elementy algebry ogólnej 2

A i. i=1. i=1. i=1. i=1. W dalszej części skryptu będziemy mieli najczęściej do czynienia z miarami określonymi na rodzinach, które są σ - algebrami.

13 Układy równań liniowych

Twierdzenie spektralne

Teoria ciała stałego Cz. I

Zadania do wykładu Algebra DALG 201 Lato prof. Wojciech Gajda

Algebra i jej zastosowania - konspekt wykładu

Liczby zespolone. Magdalena Nowak. 23 marca Uniwersytet Śląski

Maciej Grzesiak. Wielomiany

Wyk lad 9 Przekszta lcenia liniowe i ich zastosowania

Metalogika (1) Jerzy Pogonowski. Uniwersytet Opolski. Zakład Logiki Stosowanej UAM

Podstawy logiki i teorii mnogości Informatyka, I rok. Semestr letni 2013/14. Tomasz Połacik

Podstawowe struktury algebraiczne

Algebra i jej zastosowania - konspekt wykładu

Kurs wyrównawczy - teoria funkcji holomorficznych

Transkrypt:

11. Wykład 11: Pierścień ilorazowy, twierdzenie o homomorfizmie. Ideały pierwsze i maksymalne. 11.1. Pierścień ilorazowy, twierdzenie o homomorfizmie. Definicja i Uwaga 11.1. Niech R będzie pierścieniem, niech I R. Oznaczmy a + I = {a + i : i I}, R/I = {a + I : a R} iwzbiorzer/i określmy działania dodowania i mnożenia: (a + I)+(b + I) =(a + b)+i, (a + I) (b + I) =(a b)+i. Wówczas R/I jest pierścieniem, nazywamy go pierścieniem ilorazowym R względem I. (1) Rozważmy pierścień Z oraz (3) Z. Wówczas: Z/(3) = {0+(3), 1+(3), 2+(3)}. (2) Rozważmy pierścień R[x] oraz (x 2 ) R[x]. Wówczas: R[x]/(x 2 )={a 0 + a 1 x +(x 2 ):a 0,a 1 R}. Definicja i Uwaga 11.2. Niech R będzie pierścieniem, niech I R. Wówczas odwzorowanie κ : R R/I dane wzorem κ(a) =a + I jest homomorfizmem surjektywnym oraz ker κ = I. Nazywamygo epimorfizmem kanonicznym. Wniosek 11.1. Niech R będzie pierścieniem, niech I R. WówczasI R wtedy i tylko wtedy, gdy I jest jądrem pewnego homomorfizmu. Twierdzenie 11.1 (o homomorfizmie). Niech P, R 1,R 2 będą pierścieniami, φ 1 : P R 1 homomorfizmem surjektywnym, φ 2 : P R 2 homomorfizmem. (1) Jeśli istnieje homomorfizm ψ : R 1 R 2 taki, że ψ φ 1 = φ 2,toker φ 1 ker φ 2. (2) Jeśli ker φ 1 ker φ 2,toistniejedokładniejedenhomomorfizmψ : R 1 R 2 taki, że ψ φ 1 = φ 2. Ponadto wówczas imψ = imφ 2 oraz ker ψ = φ 1 (ker φ 2 ). Inaczej: diagram P φ 1 φ 2 6 6666666 na R 1 R 2 jest przemienny. ψ 57

58 Wniosek 11.2. Niech P, R 1,R 2 będą pierścieniami, φ 1 : P R 1 homomorfizmem surjektywnym, φ 2 : P R 2 homomorfizmem. Niech ponadto ker φ 1 ker φ 2.Wówczasistniejedokładniejedenhomomorfizm ψ : R 1 R 2 taki, że ψ φ 1 = φ 2 oraz: (1) jeśli φ 2 jest surjektywny, to ψ jest surjektywny; (2) jeśli ker φ 1 =kerφ 2,toψ jest różnowartościowy; (3) jeśli φ 2 jest surjektywny i ker φ 1 =kerφ 2,toψ jest izomorfizmem. Wniosek 11.3 (twierdzenie o homomorfizmie dla pierścieni ilorazowych). Niech P, R będą pierścieniami, niech I P,niechφ : P R będzie homomorfizmem. (1) Jeśli istnieje homomorfizm ψ : P/I R taki, że ψ κ = φ (gdzie κ : P P/I oznacza epimorfizm kanoniczny), to I ker φ. (2) Jeśli I ker φ, toistniejedokładniejedenhomomorfizmψ : P/I R taki, że ψ κ = φ. Ponadto wówczas imψ = imφ oraz ker ψ = κ(ker φ). Inaczej: diagram P κ φ 5 5555555 na P/I R jest przemienny. Wniosek 11.4. Niech P, R będą pierścieniami, niech I P,niechφ : P R będzie homomorfizmem. Niech ponadto I ker φ. Wówczasistniejedokładniejedenhomomorfizmψ : P/I R taki, że ψ κ = φ (gdzie κ : P P/I oznacza epimorfizm kanoniczny) oraz (1) jeśli φ jest surjektywny, to ψ jest surjektywny; (2) jeśli I =kerφ, toψ jest różnowartościowy; (3) jeśli φ jest surjektywny i I =kerφ, toψ jest izomorfizmem. Twierdzenie 11.2 (twierdzenie o izomorfizmie). Niech P, R będą pierścieniami, niech φ : P R będzie homomorfizmem. Wówczas imφ = P/ker φ. ψ (3) Rozważmy pierścień R oraz odwzorowanie φ : R R dane wzorem φ(x) =x. Wówczasimφ = R, ker φ = {0}, azatemr/{0} = R. (4) Rozważmy pierścienie Z i Z n oraz odwzorowanie φ : Z Z n dane wzorem φ(x) = reszta z dzielenia x prz Wówczas imφ = Z n, ker φ = nz, azatemz/nz = Z n. (5) Rozważmy pierścienie R[x] i R oraz odwzorowanie φ : R[x] R dane wzorem φ(f) =f(a), gdziea R jest ustalone. Wówczas imφ = R, ker φ =(x a), a zatem R[x]/(x a) = R.

(6) Rozważmy pierścienie R[x] i C oraz odwzorowanie φ : R[x] C dane wzorem φ(f) =f(i). Wówczas imφ = C, ker φ =(x 2 +1),azatemR[x]/(x 2 +1) = C. 11.2. Ideały pierwsze i maksymalne. Definicja 11.1. Niech R będzie pierścieniem, niech I R. IdeałI nazywamy ideałem pierwszym, jeśli jest właściwy oraz a, b R[ab I (a I b I)]. (1) Rozważmy pierścień Z oraz {0} Z. Wówczas{0} jest ideałem pierwszym. (2) Rozważmy pierścień R R oraz I = {f R R : f(2) = 0} R R.WówczasI jest ideałem pierwszym. Twierdzenie 11.3. Niech R będzie pierścieniem, niech I R. Wówczas R/I jest pierścieniem całkowitym wtedy i tylko wtedy, gdy I jest pierwszy. Dowód. ( ):załóżmy,żei jest ideałem pierwszym. Ustalmy a+i,b+i R/I izałóżmy,że(a+i)(b+i) = 0+I. Wówczasab I, azatema I lub b I, czylia + I =0+I lub b + I =0+I. ( ): załóżmy,żer/i jest pierścieniem całkowitym. Ustalmy a, b R izałóżmy,żeab I. Wówczas ab + I =0+I, azatem(a + I)(b + I) =0+I. Skoroa + I =0+I lub b + I =0+I, więca I lub b I. Wniosek 11.5. Niech P, R będą pierścieniami, niech J R będzie pierwszy, niech φ : P R będzie homomorfizmem. Wówczas φ 1 (J) jest ideałem pierwszym. Dowód. Zdefiniujmy odwzorowanie ψ : P R/J wzorem ψ = κ φ, gdzieκ jest epimorfizmem kanonicznym. Zauważmy, że ker ψ = φ 1 (J): istotnie,zachodzi a ker ψ ψ(a) =J κ(φ(a)) = J φ(a)+j = J φ(a) J a φ 1 (J). Wobec twierdzenia o izomorfizmie: P/φ 1 (J) = imψ. Ponadto imψ <R/Jijakopodpierścieńpierścieniacałkowitegojestcałkowity. Zatem P/φ 1 (J) jest całkowity, a tym samym φ 1 (J) jest pierwszy. Wniosek 11.6. Niech R będzie pierścieniem. Wówczas: R jest pierścieniem całkowitym wtedy i tylko wtedy, gdy {0} jest ideałem pierwszym. Dowód. Wobec twierdzenia o izomorfizmie R/{0} = R, azatemr jest całkowity wtedy i tylko wtedy, gdy R/{0} jest całkowity, wtedy i tylko wtedy, gdy {0} jest pierwszy. (3) Rozważmy pierścień Z oraz (n) Z. Wówczas(n) jest ideałem pierwszym wtedy i tylko wtedy, gdy n jest liczbą pierwszą. (4) Rozważmy pierścień Z[x] oraz (x) Z[x]. Wówczas(x) jest ideałem pierwszym. Definicja 11.2. Niech R będzie pierścieniem, niech I R. IdeałI nazywamyideałem maksymalnym, jeśli jest właściwy oraz J R[I J (I = J J = R)]. 59

60 Twierdzenie 11.4. Niech R będzie pierścieniem, niech I R. Wówczas R/I jest ciałem wtedy i tylko wtedy, gdy I jest maksymalny. Dowód. Epimorfizm kanoniczny κ : R R/I jest surjekcją oraz ker κ = I. Wobeclematuoodpowiedniości między ideałami rodziny I = {J : J R oraz I J} oraz J = {K : K R/I} są równoliczne. Wobec tego R/I jest ciałem wtedy i tylko wtedy, gdy J =2wtedy i tylko wtedy, gdy I =2wtedy i tylko wtedy, gdy I jest ideałem maksymalnym. Wniosek 11.7. Niech P, R będą pierścieniami, niech J R będzie maksymalny, niech φ : P R będzie epimorfizmem. Wówczas φ 1 (J) jest ideałem maksymalnym. Dowód jest podobny do dowodu analogicznego rezultatu dla ideałów pierwszych i pozostawiamy go Czytelnikowi jako nietrudne ćwiczenie. Wniosek 11.8. Niech R będzie pierścieniem. Wówczas: R jest ciałem wtedy i tylko wtedy, gdy {0} jest ideałem maksymalnym. Dowód jest podobny do dowodu analogicznego rezultatu dla ideałów pierwszych i pozostawiamy go Czytelnikowi jako nietrudne ćwiczenie. Wniosek 11.9. Niech R będzie pierścieniem, niech I R. Wówczas jeśli I jest ideałem maksymalnym, to I jest ideałem pierwszym. Dowód. Jeśli I jest ideałem maksymalny, to R/I jest ciałem, a więc pierścieniem całkowitym, skąd I musi być pierwszy. Wniosek 11.10. Niech R będzie pierścieniem ideałów głównych, niech {0} I R. Wówczas jeśli I jest ideałem pierwszym, to I jest ideałem maksymalnym. Dowód. Ustalmy ideał pierwszy {0} = I R. PonieważR jest pierścieniem ideałów głównych, więc I =(a), dlapewnegoa R \{0}, aponieważi jest pierwszy, więc: b, c R[bc (a) (b (a) c (a))]. Ustalmy ideał J R iniechi J. PonieważR jest pierścieniem ideałów głównych, więc J =(b), dla pewnego b R\{0}. PonieważI J, czyli(a) (b), więca (b), czylia = bc, dlapewnegoc R\{0}. Ponieważ R jest pierwszy, więc b (a) lub c (a). Jeślib (a), to(b) (a), więci = J. Jeżelic (a), to c = ad, dlapewnegod R \{0}. Zatem: a = bad, skąd bd =1,awięcb jest odwracalny i tym samym J = R. (5) Rozważmy pierścień R[x] oraz (x 1) R[x]. Wówczas(x 1) jest ideałem maksymalnym. (6) Rozważmy pierścień R[x] oraz (x 2 +1) R[x]. Wówczas(x 2 +1)jest ideałem maksymalnym. (7) Rozważmy pierścień R[x] oraz (x 2 1) R[x]. Wówczas(x 2 1) nie jest ideałem maksymalnym, nie jest też ideałem pierwszym. Uwaga 11.1. Niech n>1. Następujące warunki sąrównoważne:

(1) (n) jest ideałem pierwszym w Z; (2) (n) jest ideałem maksymalnym w Z; (3) Z n jest pierścieniem całkowitym; (4) Z n jest ciałem; (5) n jest liczbą pierwszą. Twierdzenie 11.5. Niech R będzie pierścieniem, niech I R. Wówczas jeśli I jest właściwy, to jest zawarty w pewnym ideale maksymalnym. Dowód. Ustalmy ideał R I R izdefiniujmyrodzinę: R = {J R : J R oraz I J}. Ponieważ I R,więcR. Oczywiście(R, ) jest zbiorem częściowo uporządkowanym. Ustalmy łańcuch J R. Pokażemy, że J ma ograniczenie górne. Istotnie, zdefiniujmy K = {J : J J}. Wobec Twierdzenia 10.7 K R. OczywiścieI K. Zauważmyteż,żeK R, albowiemdlawszelkich J J zachodzi 1 / J, azatem1 / K itymsamymk jest właściwy. Pokazaliśmy wobec tego, że K J i, oczywiście, J K, dlaj J. Wobec lematu Kuratowskiego-Zorna w rodzinie R istnieje element maksymalny, który jest poszukiwanym ideałem maksymalnym. Wniosek 11.11. Niech R będzie pierścieniem. Wówczas: (1) w R istnieje pewien ideał maksymalny; (2) w R istnieje pewien ideał pierwszy. Definicja 11.3. Niech R będzie pierścieniem. Wówczas: (1) zbiór wszystkich ideałów pierwszych pierścienia R nazywamy spektrum pierwszym pierścienia R ioznaczamyspec(r); (2) zbiór wszystkich ideałów maksymalnych pierścienia R nazywamy spektrum maksymalnym pierścienia R ioznaczamyspecm(r). 61