数学的要素
可換代数 において、 可換環 B の 元 bが B の 部分環 A 上 で整列している とは、 bが A 上の ある 単項多項式 の根で ある ことを意味する 。 [1]
A 、 Bが 体 である 場合 、「上の積分」および「積分拡大」の概念は、まさに 体論における「上 の代数的 」および「 代数拡大 」です(任意の 多項式 の根は 単項多項式の根であるため)。
数論 で最も興味深いケースは、 Z 上で積分される 複素数 の場合です (例: または )。この文脈では、積分元は通常、 代数的整数と呼ばれます。 有理数 Q の 有限 拡大体 k 内の代数的整数は、 k の 整数環と呼ばれる k の部分環を形成し、 代数的数論 における中心的な研究対象です 。
2
{\displaystyle {\sqrt {2}}}
1
+
私
{\displaystyle 1+i}
この記事では、環 という用語は、 乗法単位元を持つ可換環 を意味するものと理解されます 。
意味
を環とし、を の部分環とする。 の 元 が
に対して 整式 である とは、 に対して が 存在し 、
B
{\displaystyle B}
あ
⊂
B
{\displaystyle A\subset B}
B
。
{\displaystyle B.}
b
{\displaystyle b}
B
{\displaystyle B}
あ
{\displaystyle A}
ん
≥
1
、
{\displaystyle n\geq 1,}
1つの
0
、
1つの
1
、
…
、
1つの
ん
−
1
{\displaystyle a_{0},\ a_{1},\ \dots ,\ a_{n-1}}
あ
{\displaystyle A}
b
ん
+
1つの
ん
−
1
b
ん
−
1
+
⋯
+
1つの
1
b
+
1つの
0
=
0.
{\displaystyle b^{n}+a_{n-1}b^{n-1}+\cdots +a_{1}b+a_{0}=0.}
上で整である の元の集合は における の整閉包 と 呼ばれる。 の任意の 部分環の整閉包は 、それ自体が の部分環であり 、 を含む。 のすべての元が 上で整である場合、 は 上で整である 、 または同値として はの 整拡大 で あると 言う。
B
{\displaystyle B}
あ
{\displaystyle A}
あ
{\displaystyle A}
B
。
{\displaystyle B.}
あ
{\displaystyle A}
B
{\displaystyle B}
B
{\displaystyle B}
あ
。
{\displaystyle A.}
B
{\displaystyle B}
あ
、
{\displaystyle A,}
B
{\displaystyle B}
あ
{\displaystyle A}
B
{\displaystyle B}
あ
。
{\displaystyle A.}
例
代数的整数論における積分閉包
積分閉包の例は代数体拡大 (または) の 整数環 を定義する上で基本的なものであるため、代数的整数論には数多く存在します 。
け
/
質問
{\displaystyle K/\mathbb {Q} }
ら
/
質問
p
{\displaystyle L/\mathbb {Q} _{p}}
有理数における整数の積分閉包
Qの要素のうち、 Z に対して整列する要素は 整数 だけです 。言い換えると、 Z は Q における Z の整列閉包です 。
二次拡張
ガウス 整数は 、 の形式の複素数であり 、 Z 上で積分です。は、 における Z の積分閉包です 。 通常、この環は と表記されます 。
1つの
+
b
−
1
、
1つの
、
b
∈
ず
{\displaystyle a+b{\sqrt {-1}},\,a,b\in \mathbf {Z} }
Z
[
−
1
]
{\displaystyle \mathbf {Z} [{\sqrt {-1}}]}
Q
(
−
1
)
{\displaystyle \mathbf {Q} ({\sqrt {-1}})}
O
Q
[
i
]
{\displaystyle {\mathcal {O}}_{\mathbb {Q} [i]}}
Z の整閉環は 環で
ある
Q
(
5
)
{\displaystyle \mathbf {Q} ({\sqrt {5}})}
O
Q
[
5
]
=
Z
[
1
+
5
2
]
{\displaystyle {\mathcal {O}}_{\mathbb {Q} [{\sqrt {5}}]}=\mathbb {Z} \!\left[{\frac {1+{\sqrt {5}}}{2}}\right]}
この例と前の例は、 2 次整数 の例です 。2 次拡大の積分閉包は、 任意の要素の 最小多項式 を構成し、多項式が整数係数を持つための数論的基準を見つけることによって見つけることができます。この分析は 、2 次拡大の記事 に記載されています 。
Q
(
d
)
{\displaystyle \mathbb {Q} ({\sqrt {d}})}
a
+
b
d
{\displaystyle a+b{\sqrt {d}}}
団結のルーツ
ζを1の根 とします。すると 円分体 Q (ζ) における Z の積分閉包は Z [ζ]です。 [2]これは 最小多項式 と アイゼンシュタインの基準 を使って求めることができます 。
代数的整数の環
複素数体C における Z の整閉包 、または代数的閉包は 代数的整数 の環 と呼ばれます 。
Q
¯
{\displaystyle {\overline {\mathbb {Q} }}}
他の
任意の 環における単位 根 、 冪零元 、 冪等元は Z 上で整式である。
代数幾何学における積分閉包
幾何学 において 、積分閉包は 正規化 や 正規スキーム と密接に関係しています。これは、余次元 1 の特異点を解決するプロセスを与えるため、
特異点解決 の第一歩となります。
たとえば、 の整閉包は 環です。 幾何学的には、最初の環は - 平面と - 平面の和集合に対応します。それらは、交差する - 軸に沿って余次元 1 の特異点を持ちます 。
C
[
x
,
y
,
z
]
/
(
x
y
)
{\displaystyle \mathbb {C} [x,y,z]/(xy)}
C
[
x
,
z
]
×
C
[
y
,
z
]
{\displaystyle \mathbb {C} [x,z]\times \mathbb {C} [y,z]}
x
z
{\displaystyle xz}
y
z
{\displaystyle yz}
z
{\displaystyle z}
有限群 G が 環 Aに 作用すると します 。このとき、 A は G によって固定された元の集合である A G に対して整式です。 不変量の環 を参照してください 。
Rを 環とし、 uを Rを 含む環の 単位 と します 。すると [3]
u −1が R 上で積分となるのは、 u −1 ∈ R [ u ] の場合のみです 。
R
[
u
]
∩
R
[
u
−
1
]
{\displaystyle R[u]\cap R[u^{-1}]}
はR 上で積分です 。
正規 射影多様体 Xの 同次座標環 の整閉包は 切断環で ある [4]
⨁
n
≥
0
H
0
(
X
,
O
X
(
n
)
)
.
{\displaystyle \bigoplus _{n\geq 0}\operatorname {H} ^{0}(X,{\mathcal {O}}_{X}(n)).}
代数における積分性
が体 kの 代数閉包 である 場合 、 は
k
¯
{\displaystyle {\overline {k}}}
k
¯
[
x
1
,
…
,
x
n
]
{\displaystyle {\overline {k}}[x_{1},\dots ,x_{n}]}
k
[
x
1
,
…
,
x
n
]
.
{\displaystyle k[x_{1},\dots ,x_{n}].}
C (( x ))の有限拡大における C [[ x ]]の整閉包は 、次の形式である ( Puiseux 級数 を参照) [ 引用が必要 ]
C
[
[
x
1
/
n
]
]
{\displaystyle \mathbf {C} [[x^{1/n}]]}
同等の定義
B を 環とし、 A を B の部分環とする 。 B の 元 b が 与えられた場合 、 次の条件は同値である。
(i) bは A 上で整列している 。
(ii) A と b によって生成される B の部分環 A [ b ]は 有限生成 A 加群 である 。
(iii) A [ b ]を含む B の部分環 Cが 存在し 、それが有限生成 A 加群である。
(iv)忠実な A [ b ]-加群 M が存在し 、 Mは A- 加群として有限生成される 。
この証明 は通常、行列式 に関する ケーリー・ハミルトン定理 の 次の変形を使用します 。
定理 u を n 個の元によって生成される A 加群 M の 自己準同型 とし 、 I を A の イデアル で とする。このとき、次 の 関係が成立する。
u
(
M
)
⊂
I
M
{\displaystyle u(M)\subset IM}
u
n
+
a
1
u
n
−
1
+
⋯
+
a
n
−
1
u
+
a
n
=
0
,
a
i
∈
I
i
.
{\displaystyle u^{n}+a_{1}u^{n-1}+\cdots +a_{n-1}u+a_{n}=0,\,a_{i}\in I^{i}.}
この定理( I = A かつ u を b で乗算 )は (iv) ⇒ (i) を与え、残りは簡単です。偶然にも、 中山の補題 もこの定理から直接導かれます。
基本的な性質
上記の 4 つの同値なステートメントから、上で整列する の元の集合は を含む の部分環を形成することがわかります 。(証明: x 、 y が上で整列する の 元である場合 、 は 上で整列します。なぜなら 、これらは 上の有限生成加群であり、ゼロによってのみ消滅する からです 。) [5] この環はにおける の 整閉包 と呼ばれます 。
B
{\displaystyle B}
A
{\displaystyle A}
B
{\displaystyle B}
A
{\displaystyle A}
B
{\displaystyle B}
A
{\displaystyle A}
x
+
y
,
x
y
,
−
x
{\displaystyle x+y,xy,-x}
A
{\displaystyle A}
A
[
x
]
A
[
y
]
{\displaystyle A[x]A[y]}
A
{\displaystyle A}
A
{\displaystyle A}
B
{\displaystyle B}
積分の推移性
上記の同値性のもう 1 つの結果は、「積分性」が 次の意味で 推移的で あるということです。 をと を 含む環とします 。 が 上で積分で あり 上で積分である場合 、 は上 で積分です 。特に、 自体が 上で積分で あり が 上で積分である場合 、 も 上で積分です 。
C
{\displaystyle C}
B
{\displaystyle B}
c
∈
C
{\displaystyle c\in C}
c
{\displaystyle c}
B
{\displaystyle B}
B
{\displaystyle B}
A
{\displaystyle A}
c
{\displaystyle c}
A
{\displaystyle A}
C
{\displaystyle C}
B
{\displaystyle B}
B
{\displaystyle B}
A
{\displaystyle A}
C
{\displaystyle C}
A
{\displaystyle A}
分数体で閉じた積分
が における の整閉包である 場合 、 A は において 整閉で あると言われる 。 が の 分数体全体環 である場合 (例えば、が 整域で ある 場合 の分数体)、「 における 」 という修飾語を省略し 、単に「 の整閉包で あり は 整閉で ある 」と言うことがある。 [6] 例えば、整数環は 体 において整閉である 。
A
{\displaystyle A}
A
{\displaystyle A}
B
{\displaystyle B}
B
{\displaystyle B}
B
{\displaystyle B}
A
{\displaystyle A}
A
{\displaystyle A}
B
{\displaystyle B}
A
{\displaystyle A}
A
{\displaystyle A}
O
K
{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}
K
{\displaystyle K}
整閉領域における整閉包の推移性
A を分数体 K を持つ整域とし 、 A' を K の 代数体拡大 L における A の整閉包と する。このとき、 A' の分数体 Lは L である 。特に、 A' は 整閉域 である 。
代数的整数論における推移性
この状況は、代数的整数論において整数環と体拡大を関連付けるときに適用できます。特に、体拡大が与えられた場合、 の 整閉包は 整数環です 。
L
/
K
{\displaystyle L/K}
O
K
{\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}}
L
{\displaystyle L}
O
L
{\displaystyle {\mathcal {O}}_{L}}
上記の積分性の推移性は、 が上で積分である場合 、 は有限生成 - 加
群である部分環の 和集合 ( 帰納的極限 と同値) であることを意味することに注意してください。
B
{\displaystyle B}
A
{\displaystyle A}
B
{\displaystyle B}
A
{\displaystyle A}
がネーターで ある 場合 、積分の推移性は次のように弱めることができます。
A
{\displaystyle A}
を含む の 有限生成 -サブモジュールが存在する 。
A
{\displaystyle A}
B
{\displaystyle B}
A
[
b
]
{\displaystyle A[b]}
有限条件との関係
最後に、が の部分環である という仮定は 少し修正できる。 が 環準同型 である場合 、 が 上で整列している ならばは 整列している と言える 。同様に、 は 有限 ( 有限生成 - 加群)または 有限型 ( 有限生成 - 代数 )
で あると言える。この観点から、
A
{\displaystyle A}
B
{\displaystyle B}
f
:
A
→
B
{\displaystyle f:A\to B}
f
{\displaystyle f}
B
{\displaystyle B}
f
(
A
)
{\displaystyle f(A)}
f
{\displaystyle f}
B
{\displaystyle B}
A
{\displaystyle A}
B
{\displaystyle B}
A
{\displaystyle A}
f
{\displaystyle f}
は、整数かつ有限型である 場合に限り有限です。
f
{\displaystyle f}
あるいはもっと明確に言えば、
B
{\displaystyle B}
が有限生成 - 加群であるためには、 が 上の有限個の要素の積分によって - 代数として生成される必要がある 。
A
{\displaystyle A}
B
{\displaystyle B}
A
{\displaystyle A}
A
{\displaystyle A}
積分拡張
コーエン・ザイデンベルクの定理
整式拡大 A ⊆ B には、 上昇特性 、 覆い被さり 特性、および 比較不可能 特性 ( コーエン・ザイデンベルグの定理) があります。明示的には、 A の 素イデアル の連鎖が与えられたとき、 B に (上昇および覆い被さり) を満たす a が存在し、包含関係にある 2 つの異なる素イデアルは同じ素イデアルに縮約できません (比較不可能)。特に、 A と B の クルル次元は 同じです。さらに、 A が 整式閉領域である場合、下降が成り立ちます (以下を参照)。
p
1
⊂
⋯
⊂
p
n
{\displaystyle {\mathfrak {p}}_{1}\subset \cdots \subset {\mathfrak {p}}_{n}}
p
1
′
⊂
⋯
⊂
p
n
′
{\displaystyle {\mathfrak {p}}'_{1}\subset \cdots \subset {\mathfrak {p}}'_{n}}
p
i
=
p
i
′
∩
A
{\displaystyle {\mathfrak {p}}_{i}={\mathfrak {p}}'_{i}\cap A}
一般的に、上がることは横になることを意味します。 [7] したがって、以下では、「上がる」は「上がる」と「横になる」の意味で単に言います。
A 、 B が A 上 整列となる ような領域である 場合 、 A が 体となるのは、 B が 体である場合に限ります。系として 、 B の 素イデアルが与えられたとき 、が B の 極大イデアル となる のは、 が A の極大イデアルである場合に限ります 。別の系として、 L / K が 代数拡大である場合、 K を 含む L の任意の部分環は体です。
q
{\displaystyle {\mathfrak {q}}}
q
{\displaystyle {\mathfrak {q}}}
q
∩
A
{\displaystyle {\mathfrak {q}}\cap A}
アプリケーション
B を部分環 A 上の整式環とし 、 k を 代数的に閉体とする 。 が 準同型ならば、 f は 準同型 B → k に拡張される。 [8] これは上述から導かれる。
f
:
A
→
k
{\displaystyle f:A\to k}
上昇の幾何学的解釈
を環の整拡大とする 。すると誘導写像
f
:
A
→
B
{\displaystyle f:A\to B}
{
f
#
:
Spec
B
→
Spec
A
p
↦
f
−
1
(
p
)
{\displaystyle {\begin{cases}f^{\#}:\operatorname {Spec} B\to \operatorname {Spec} A\\p\mapsto f^{-1}(p)\end{cases}}}
は閉写像 です 。実際、任意の イデアル I に対して、 f が 単射で あれば は 射影的 です 。これは上昇の幾何学的解釈です。
f
#
(
V
(
I
)
)
=
V
(
f
−
1
(
I
)
)
{\displaystyle f^{\#}(V(I))=V(f^{-1}(I))}
f
#
{\displaystyle f^{\#}}
積分拡張の幾何学的解釈
B を 環とし、 A を ネーター整閉領域(すなわち、 は 正規スキーム )である部分環と する。B が A に対して整列している場合 、 は 沈み込み可能である。すなわち、 の 位相は 商位相 である 。 [9]証明では 構成可能集合 の概念を使用する 。(参照: トルソー(代数幾何学) )
Spec
A
{\displaystyle \operatorname {Spec} A}
Spec
B
→
Spec
A
{\displaystyle \operatorname {Spec} B\to \operatorname {Spec} A}
Spec
A
{\displaystyle \operatorname {Spec} A}
整数性、基底変化、普遍閉性、幾何学
が上積分で あれば 、任意の A 代数 R に対して は R 上積分である 。 [10] 特に、 は閉じている。つまり、積分拡大は「 普遍的に閉じた」写像を誘導する。これにより、 積分拡大の幾何学的特徴付け が導かれる 。つまり、 B を 有限個の極小素イデアルのみを持つ環 (例えば、積分領域またはネーター環)とする。すると、 B が(部分環) A 上積分であるための必要 十分条件は、 が任意の A 代数 R に対して閉じている 場合である 。 [11] 特に、すべての 適切な写像は 普遍的に閉じている。 [12]
B
{\displaystyle B}
A
{\displaystyle A}
B
⊗
A
R
{\displaystyle B\otimes _{A}R}
Spec
(
B
⊗
A
R
)
→
Spec
R
{\displaystyle \operatorname {Spec} (B\otimes _{A}R)\to \operatorname {Spec} R}
Spec
(
B
⊗
A
R
)
→
Spec
R
{\displaystyle \operatorname {Spec} (B\otimes _{A}R)\to \operatorname {Spec} R}
整閉領域の整拡大に対するガロア作用
命題。A を分数体 K を 持つ整閉領域とし 、 L を K の 有限 正規拡大 、 B を L における A の整閉包とします 。このとき、 群は の各ファイバーに対して 推移的に 作用します 。
G
=
Gal
(
L
/
K
)
{\displaystyle G=\operatorname {Gal} (L/K)}
Spec
B
→
Spec
A
{\displaystyle \operatorname {Spec} B\to \operatorname {Spec} A}
証明。G 内の 任意 の について と仮定します 。すると、 素数回避 により、任意の について と なる 内 の 元 x が存在します。G は 元を固定するため 、 y は K 上で 純粋に分離不可能 です 。すると、あるべき乗が K に属します 。Aは 整閉であるため、次が成り立ちます。 したがって、 は に含まれます が には含まれないことがわかりました 。つまり、 です 。
p
2
≠
σ
(
p
1
)
{\displaystyle {\mathfrak {p}}_{2}\neq \sigma ({\mathfrak {p}}_{1})}
σ
{\displaystyle \sigma }
p
2
{\displaystyle {\mathfrak {p}}_{2}}
σ
(
x
)
∉
p
1
{\displaystyle \sigma (x)\not \in {\mathfrak {p}}_{1}}
σ
{\displaystyle \sigma }
y
=
∏
σ
σ
(
x
)
{\displaystyle y=\prod \nolimits _{\sigma }\sigma (x)}
y
e
{\displaystyle y^{e}}
y
e
∈
A
.
{\displaystyle y^{e}\in A.}
y
e
{\displaystyle y^{e}}
p
2
∩
A
{\displaystyle {\mathfrak {p}}_{2}\cap A}
p
1
∩
A
{\displaystyle {\mathfrak {p}}_{1}\cap A}
p
1
∩
A
≠
p
2
∩
A
{\displaystyle {\mathfrak {p}}_{1}\cap A\neq {\mathfrak {p}}_{2}\cap A}
代数的整数論への応用
ガロア群は、 固定された素イデアル上にある すべての素イデアルに作用する 。 [13] つまり、
Gal
(
L
/
K
)
{\displaystyle \operatorname {Gal} (L/K)}
q
1
,
…
,
q
k
∈
Spec
(
O
L
)
{\displaystyle {\mathfrak {q}}_{1},\ldots ,{\mathfrak {q}}_{k}\in {\text{Spec}}({\mathcal {O}}_{L})}
p
∈
Spec
(
O
K
)
{\displaystyle {\mathfrak {p}}\in {\text{Spec}}({\mathcal {O}}_{K})}
p
=
q
1
e
1
⋯
q
k
e
k
⊂
O
L
{\displaystyle {\mathfrak {p}}={\mathfrak {q}}_{1}^{e_{1}}\cdots {\mathfrak {q}}_{k}^{e_{k}}\subset {\mathcal {O}}_{L}}
集合 上にガロア作用が存在します。これは ガロア拡大における素イデアルの分割 と呼ばれます 。
S
p
=
{
q
1
,
…
,
q
k
}
{\displaystyle S_{\mathfrak {p}}=\{{\mathfrak {q}}_{1},\ldots ,{\mathfrak {q}}_{k}\}}
証明における同じ考え方は、 が 純粋に分離不可能な拡大(正規である必要はない)である場合、 は 全単射である ことを示しています 。
L
/
K
{\displaystyle L/K}
Spec
B
→
Spec
A
{\displaystyle \operatorname {Spec} B\to \operatorname {Spec} A}
A 、 K などを前と同じように 扱いますが、 L は K の有限体拡大に過ぎないと仮定します 。すると
(i) は 有限の繊維を持つ。
Spec
B
→
Spec
A
{\displaystyle \operatorname {Spec} B\to \operatorname {Spec} A}
(ii) A と B の間には下降が成立する : が与えられている場合、 それに収縮する が 存在する。
p
1
⊂
⋯
⊂
p
n
=
p
n
′
∩
A
{\displaystyle {\mathfrak {p}}_{1}\subset \cdots \subset {\mathfrak {p}}_{n}={\mathfrak {p}}'_{n}\cap A}
p
1
′
⊂
⋯
⊂
p
n
′
{\displaystyle {\mathfrak {p}}'_{1}\subset \cdots \subset {\mathfrak {p}}'_{n}}
実際、両方のステートメントで、 L を拡大することにより、 L が 正規の拡張であると 仮定できます。すると (i) は即時です。 (ii) に関しては、上に行くと、 に縮小するチェーンを見つけることができます。推移性により、 と なるような が存在し 、 は 目的のチェーンです。
p
i
″
{\displaystyle {\mathfrak {p}}''_{i}}
p
i
′
{\displaystyle {\mathfrak {p}}'_{i}}
σ
∈
G
{\displaystyle \sigma \in G}
σ
(
p
n
″
)
=
p
n
′
{\displaystyle \sigma ({\mathfrak {p}}''_{n})={\mathfrak {p}}'_{n}}
p
i
′
=
σ
(
p
i
″
)
{\displaystyle {\mathfrak {p}}'_{i}=\sigma ({\mathfrak {p}}''_{i})}
インテグラルクロージャ
A ⊂ B を環とし、 A' を B における A の整閉包と する 。(定義については上記を参照。)
整閉包は様々な構成の下でうまく機能します。具体的には、 A の 乗法的に閉じた部分集合 S に対して、 局所化 S −1 A'は S −1 B における S −1 A の整閉包であり 、 における の整閉包です 。 [14] が環の部分環である 場合 、 におけるの整閉包 は であり 、 は における の整閉包です 。 [15]
A
′
[
t
]
{\displaystyle A'[t]}
A
[
t
]
{\displaystyle A[t]}
B
[
t
]
{\displaystyle B[t]}
A
i
{\displaystyle A_{i}}
B
i
,
1
≤
i
≤
n
{\displaystyle B_{i},1\leq i\leq n}
∏
A
i
{\displaystyle \prod A_{i}}
∏
B
i
{\displaystyle \prod B_{i}}
∏
A
i
′
{\displaystyle \prod {A_{i}}'}
A
i
′
{\displaystyle {A_{i}}'}
A
i
{\displaystyle A_{i}}
B
i
{\displaystyle B_{i}}
たとえば、 B 内の 局所環 A の整閉包は 局所的である必要はありません。(局所的である場合、その環は 単枝環 と呼ばれます。) これは、例えば A が ヘンゼル体 であり、 B が A の分数体の体拡大である場合に当てはまります 。
A が 体 K の部分環である場合、 K における A の整閉包は、 A を含む K のすべての 付値環 の共通部分です 。
A を -次数環 B の -次数部分環 と する。このとき、 B における A の整閉包は B の -次数部分環 である 。 [16]
N
{\displaystyle \mathbb {N} }
N
{\displaystyle \mathbb {N} }
N
{\displaystyle \mathbb {N} }
イデアルの整閉包 という概念もある 。イデアルの整閉包は 、通常 と表記され、 単項多項式が存在するすべて
の要素の集合である。
I
⊂
R
{\displaystyle I\subset R}
I
¯
{\displaystyle {\overline {I}}}
r
∈
R
{\displaystyle r\in R}
x
n
+
a
1
x
n
−
1
+
⋯
+
a
n
−
1
x
1
+
a
n
{\displaystyle x^{n}+a_{1}x^{n-1}+\cdots +a_{n-1}x^{1}+a_{n}}
を 根として 持つ。 [17] [18] イデアルの根号は 整的 に閉じている。 [19] [20]
a
i
∈
I
i
{\displaystyle a_{i}\in I^{i}}
r
{\displaystyle r}
ネーター環の場合、別の定義も存在します。
r
∈
I
¯
{\displaystyle r\in {\overline {I}}}
任意の極小素数に含まれない が 存在し、 すべての に対してとなる場合 。
c
∈
R
{\displaystyle c\in R}
c
r
n
∈
I
n
{\displaystyle cr^{n}\in I^{n}}
n
≥
1
{\displaystyle n\geq 1}
r
∈
I
¯
{\displaystyle r\in {\overline {I}}}
I の正規化された爆発において、 r の引き戻しが I の逆像に含まれている場合 。イデアルの爆発は、与えられたイデアルを主イデアルに置き換えるスキームの操作です。スキームの正規化は、単にそのすべての環の整閉包に対応するスキームです。
イデアルの整閉包の概念は、 下降定理 のいくつかの証明で使用されます。
導体
B を 環、 Aを B の部分環として、 Bが A 上整列である と する 。このとき、 A 加群 B / A の 消滅子は B における A の 導体 と呼ばれる。この概念は 代数的整数論 に由来するため 、導体は と表記される 。明示的には、 となる A の 元 a から構成される。(抽象代数の イデアル化 を参照) これは、 B のイデアルでもある A の最大の イデアル である。 [21] S が A の乗法的に閉じた部分集合である 場合 、
f
=
f
(
B
/
A
)
{\displaystyle {\mathfrak {f}}={\mathfrak {f}}(B/A)}
f
{\displaystyle {\mathfrak {f}}}
a
B
⊂
A
{\displaystyle aB\subset A}
S
−
1
f
(
B
/
A
)
=
f
(
S
−
1
B
/
S
−
1
A
)
{\displaystyle S^{-1}{\mathfrak {f}}(B/A)={\mathfrak {f}}(S^{-1}B/S^{-1}A)}
。
Bが A の 分数環の部分 環である 場合 、
f
(
B
/
A
)
=
Hom
A
(
B
,
A
)
{\displaystyle {\mathfrak {f}}(B/A)=\operatorname {Hom} _{A}(B,A)}
。
例: k を 体とし、 (すなわち、 A は アフィン曲線 の 座標環 )とする。B は における A の整閉包である。B における A の導体は イデアル である。より一般的には 、 、 a 、 b が 互いに素で ある の導体は で ある 。 [22]
A
=
k
[
t
2
,
t
3
]
⊂
B
=
k
[
t
]
{\displaystyle A=k[t^{2},t^{3}]\subset B=k[t]}
x
2
=
y
3
{\displaystyle x^{2}=y^{3}}
k
(
t
)
{\displaystyle k(t)}
(
t
2
,
t
3
)
A
{\displaystyle (t^{2},t^{3})A}
A
=
k
[
[
t
a
,
t
b
]
]
{\displaystyle A=k[[t^{a},t^{b}]]}
(
t
c
,
t
c
+
1
,
…
)
A
{\displaystyle (t^{c},t^{c+1},\dots )A}
c
=
(
a
−
1
)
(
b
−
1
)
{\displaystyle c=(a-1)(b-1)}
B が A の分数体における 整域 Aの整閉包で、 A 加群が有限生成 であるとします。この とき、 A の 導体は のサポートを 定義するイデアルです 。したがって、 A は における の補集合において B と一致します 。特に、 の補集合である集合 は 開集合 です 。
B
/
A
{\displaystyle B/A}
f
{\displaystyle {\mathfrak {f}}}
B
/
A
{\displaystyle B/A}
V
(
f
)
{\displaystyle V({\mathfrak {f}})}
Spec
A
{\displaystyle \operatorname {Spec} A}
{
p
∈
Spec
A
∣
A
p
is integrally closed
}
{\displaystyle \{{\mathfrak {p}}\in \operatorname {Spec} A\mid A_{\mathfrak {p}}{\text{ is integrally closed}}\}}
V
(
f
)
{\displaystyle V({\mathfrak {f}})}
積分閉包の有限性
重要だが難しい問題は、有限生成代数の積分閉包の有限性に関するものです。いくつかの結果が知られています。
分数体の有限拡大における デデキント領域 の積分閉包はデデキント領域、特にネーター環である。これは クルル・秋月の定理 の結果である。一般に、高々 2 次元のネーター領域の積分閉包はネーターである。永田は積分閉包がネーターでない 3 次元のネーター領域の例を示した。 [23] よりよい表現は、ネーター領域の積分閉包は クルル領域 である( 森・永田の定理 ) である。永田はまた、積分閉包がその領域上で有限ではない 1 次元のネーター局所領域の例を示した。 [ 要出典 ]
A を 分数体 K を 持つノイザン整閉領域とする 。L / Kが有限可分 拡大であれば、 L における A の 整閉は 有限生成 A 加群である。 [24] これは簡単で標準的である(トレースが非退化双線型形式を定義するという事実を使用する)。
A
′
{\displaystyle A'}
A を、分数 K の体を持つ整域である体 k 上の有限生成代数と する 。 L が K の有限拡大であれば、 L における A の 整閉包は 有限生成 A 加群であり、有限生成 k 代数でもある。 [25] この結果はノイザーによるもので、 ノイザー正規化補題を用いて以下のように示すことができる。 L / K が分離可能または純粋に分離不可能な場合の主張を示せば十分であることは明らかである 。分離可能な場合は上で述べたので、 L / K は 純粋に分離不可能であると仮定する。正規化補題により、 A は 多項式環 上で積分である 。 L / K は有限の純粋に分離不可能な拡大であるため、 Lのすべての要素が K の要素の q 乗根となる ような 素数 のべき q が存在する。を、 L を 生成する有限個の有理関数の係数の q 乗根すべてを含む k の有限拡大とします 。 すると、次が成り立ちます。 右側の環は の分数体で、 S の整閉包です 。したがって、 は を含みます 。したがって、 は S 上で有限であり 、ましてや A上でも有限です。 k を Z に 置き換えても、結果は真のままです 。
A
′
{\displaystyle A'}
S
=
k
[
x
1
,
.
.
.
,
x
d
]
{\displaystyle S=k[x_{1},...,x_{d}]}
k
′
{\displaystyle k'}
L
⊂
k
′
(
x
1
1
/
q
,
.
.
.
,
x
d
1
/
q
)
.
{\displaystyle L\subset k'(x_{1}^{1/q},...,x_{d}^{1/q}).}
k
′
[
x
1
1
/
q
,
.
.
.
,
x
d
1
/
q
]
{\displaystyle k'[x_{1}^{1/q},...,x_{d}^{1/q}]}
A
′
{\displaystyle A'}
A
′
{\displaystyle A'}
A の分数体の有限拡大における完全局所ネーター領域 A の整閉包は A 上で有限である 。 [26] より正確には、局所ネーター環 R に対して、次の含意の連鎖が成り立つ: [27]
(i) 完全 な Aは 永田環 である
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
(ii) A は永田領域であり、 A は 解析的に不分岐であり、 完備化の整閉包はA 上で有限であり、 A の整閉包は A 上で有限である。
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
A
^
{\displaystyle {\widehat {A}}}
A
^
{\displaystyle {\widehat {A}}}
⇒
{\displaystyle \Rightarrow }
ネーターの正規化補題
ノイマンの正規化補題は可換代数 の定理である 。体 K と有限生成 K 代数 A が与えられたとき、定理によれば、 Aが B = K [ y 1 , ..., y m ] 上で有限(したがって整数)である ような、 K 上で 代数的に独立な A の 元 y 1 , y 2 , ..., y m を見つけることが可能である。したがって、拡大 K ⊂ A は合成 K ⊂ B ⊂ A として表すことができ、ここで K ⊂ B は純粋に超越的な拡大であり、 B ⊂ A は有限である。 [28]
整射
代数幾何学 において、 スキーム の 射が 整的で あるとは、それが アフィン で あり、かつ Y のある(同値な、すべての)アフィン開被覆に対して 、すべての写像が A が整的 B 代数である形式である 場合である 。整射のクラスは 有限射 のクラスよりも一般的である。これは、多くの場合、体上の体の代数的閉包など、有限ではない整拡大が存在するためである。
f
:
X
→
Y
{\displaystyle f:X\to Y}
U
i
{\displaystyle U_{i}}
f
−
1
(
U
i
)
→
U
i
{\displaystyle f^{-1}(U_{i})\to U_{i}}
Spec
(
A
)
→
Spec
(
B
)
{\displaystyle \operatorname {Spec} (A)\to \operatorname {Spec} (B)}
絶対積分閉包
A を 整域とし、 L を A の分数体の (ある) 代数閉包 とする。このとき、 L における A の 整閉包は A の 絶対整閉包 と呼ばれる 。 [29] これは非標準 同型を 除いて一意である。 代数的整数全体の環は その一例である(したがって 通常はネーターではない)。
A
+
{\displaystyle A^{+}}
A
+
{\displaystyle A^{+}}
参照
注記
^ 上記の式は積分方程式と呼ばれることもあり、 b は Aに積分的に依存する( 代数的に依存する のではなく) と言われています 。
^ ミルン 2020、定理 6.4
^ Kaplansky 1974、1.2。演習4。
^ ハーツホーン 1977、第 II 章、演習 5.14
^ この証明は Dedekind (Milne, ANT) によるものです。あるいは、対称多項式を使用して整数要素が環を形成することを示すこともできます。(引用元)
^ Huneke & Swanson 2006 の第 2 章
^ カプランスキー 1974、定理 42
^ Bourbaki 2006、第5章、§2、定理1の系4。
^ 松村 1970、第2章 定理7
^ ブルバキ 2006、第 5 章、§1、命題 5
^ アティヤ&マクドナルド 1994、第5章 演習35
^ 「セクション 32.14 (05JW): 普遍的に閉じた射 — Stacks プロジェクト」. stacks.math.columbia.edu . 2020 年 5 月 11 日 閲覧 。
^ スタイン。代数的数論の計算入門 (PDF) p. 101。
^ アティヤとマクドナルドでの演習 1994
^ ブルバキ 2006、第 5 章、§1、命題 9
^ 証明: が n 次同次である 環準同型であるとします。 における の整閉包 は であり 、 は B における A の整閉包です 。 B における bが A 上で整列している場合 、 は 上で整列します。 つまり、 は に存在します 。つまり、 多項式の各係数は A に存在します 。
ϕ
:
B
→
B
[
t
]
{\displaystyle \phi :B\to B[t]}
ϕ
(
b
n
)
=
b
n
t
n
{\displaystyle \phi (b_{n})=b_{n}t^{n}}
b
n
{\displaystyle b_{n}}
A
[
t
]
{\displaystyle A[t]}
B
[
t
]
{\displaystyle B[t]}
A
′
[
t
]
{\displaystyle A'[t]}
A
′
{\displaystyle A'}
ϕ
(
b
)
{\displaystyle \phi (b)}
A
[
t
]
{\displaystyle A[t]}
A
′
[
t
]
{\displaystyle A'[t]}
b
n
{\displaystyle b_{n}}
ϕ
(
b
)
{\displaystyle \phi (b)}
^ アイゼンバッド 1995 の演習 4.14
^ Huneke & Swanson 2006 の定義 1.1.1
^ アイゼンバッド 1995 の演習 4.15
^ Huneke & Swanson 2006 の注釈 1.1.3
^ Huneke & Swanson 2006 の第 12 章
^ Huneke & Swanson 2006、例12.2.1
^ Huneke & Swanson 2006、演習 4.9
^ アティヤ & マクドナルド 1994、第 5 章。命題 5.17
^ ハーツホーン 1977、第 I 章 定理 3.9 A
^ Huneke & Swanson 2006、定理4.3.4
^ 松村 1970、第12章
^ リード第4章。
^ メルビン・ホックスター 、数学 711: 2007 年 9 月 7 日の講義
参考文献
アティヤ、マイケル・フランシス 、 マクドナルド、イアン・G. (1994) [1969]。 可換代数入門 。アディソン・ウェズリー 。ISBN 0-201-40751-5 。
ブルバキ、ニコラス (2006)。 代数可換 。ベルリン:シュプリンガー。 ISBN 978-3-540-33937-3 。
アイゼンバッド、デイヴィッド(1995)、 代数幾何学に向けた可換代数 、Graduate Texts in Mathematics、第150巻、 Springer-Verlag 、 ISBN 0-387-94268-8
カプランスキー、アーヴィング(1974年9月)。 可換環 。 数学講義。 シカゴ大学出版局 。ISBN 0-226-42454-5 。
ハーツホーン、ロビン (1977)、 代数幾何学 、 大学院数学テキスト 、第52巻、ニューヨーク:シュプリンガー・フェアラーク、 ISBN 978-0-387-90244-9 、 MR 0463157
松村 秀 (1970) 可換代数
H. Matsumura 可換環論。M . Reid による日本語からの翻訳。第 2 版。Cambridge Studies in Advanced Mathematics、8。
ミルン、JS (2020年7月19日)。「代数的数論」。
Huneke, Craig; Swanson, Irena (2006)、「イデアル、環、およびモジュールの積分閉包」、ロンドン数学会講義ノートシリーズ、第336巻、ケンブリッジ、英国: ケンブリッジ大学出版局 、 ISBN 978-0-521-68860-4 、 MR 2266432、2019-11-15にオリジナルからアーカイブ 、 2011-03-01に取得
M. Reid 、 「学部生向け可換代数」 、ロンドン数学会、 29 、ケンブリッジ大学出版局、1995年。
さらに読む
イレーナ・スワンソン、イデアルと環の整閉包
DG 代数には積分閉包の合理的な概念がありますか?
k [ x 1 , … , x n {\displaystyle k[x_{1},\ldots ,x_{n}} は常に 正規列の整式拡張となるか ?]
k
[
f
1
,
…
,
f
n
]
{\displaystyle k[f_{1},\ldots ,f_{n}]}
(
f
1
,
…
,
f
n
)
{\displaystyle (f_{1},\ldots ,f_{n})}