主理想

在抽象代数里,主理想(principal ideal)是可由环中的一个特定元素所生成的理想。
与理想类似,也有相关的左主理想右主理想双边主理想的概念。

主理想可以用来讨论任意交换幺环当中的整除性,将所有元素之间整除相关的概念重新用主理想的关系表述。所有理想都是主理想的环,称为主理想整环,在环论中有特别的重要性。
定义与基本性质
设R是一个(未必是幺的)环,而a \in R是环中一个元素,则由 a 生成的主理想是所有包含 a 的理想之交,具体而言:

左主理想 是由形如 na + ra 元素构成的理想, 其中 n \in \mathbb N 是整数,r \in R。或可写成 \mathbb Z a + Ra 的形式。

右主理想 是由形如 na + ar 元素构成的理想, 其中 n \in \mathbb N 是整数,r \in R。或可写成 \mathbb Z a + aR 的形式。

双边主理想 则稍复杂。除包含左右理想之元素,还需包含由 a左右各乘一 R 元素(lar,l, r \in R),并(由理想定义的要求)取加法封闭而得。可写成 \mathbb Z a + aR + Ra + RaR 的形式,其元素形如 na + la + ar + \sum_{i=1}^m l_i a r_i, 其中 n \in \mathbb Z,r, l \in R,m \in R,\forall i \in \mathbb N,若 1 \leq i \leq m 则 r_i, l_i \in R。

假若 R 是交换环,则以上定义的三个概念完全等同,可写成 (a)。倘若 R 是幺环,即带乘法单位元,则左、右、双边理想可以简化成 Ra、aR、RaR。
例子
以下都默认R是一个环,而a \in R是环中一个元素。

  • 假如 a \in Z(R),即 a 处于R的中心,那么由它生成的左、右、双边理想相等。更特别地,若 a = 0_R(加法零元),则 \mathbb Z a + aR = \{0\}。
  • 整数环\mathbb Z不仅是交换环还是主理想整环,非零元素整数的主理想是所有这个数的倍数。任取整数生成的理想都是由它们最大公约数生成的主理想。
  • 素元生成的主理想是素理想。

主理想和整除性
交换幺环 A 中整除性的叙述都可以翻译成主理想的表述。以下 a, b, c \in A:

  • a | b 等价于 (b) \subseteq (a)。
  • a 和 b 有存在最小公倍 c 等价于 (a) \cap (b) 是主理想,且可由 c 生成。
  • a 和 b 有存在最大公约 c 等价于 (a) + (b) 是主理想,且可由 c 生成。

相关条目
*主理想整环
*主理想定理

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