极大理想

更新时间:2023-01-05 07:33

极大理想是一类特殊理想,设a是环R的左(右)理想,若a≠R且R中没有真正包含a的左(右)理想,则称a为R的一个极大左(右)理想。类似地,可定义极大理想,任意有单位元的环一定有极大理想,a是R的极大理想当且仅当R/a是单纯环,若R是有1的交换环,则a是R的极大理想当且仅当R/a是域,极大理想在局部环的研究中尤为重要。

定义

设M是环R的一个理想,且,如果除R和M外,R中没有包含M的其他理想,则称M为环R的一个极大理想。

性质

1.非零幺环存在极大理想。

2.交换环R满足R2=R,则R中每个极大理想都是素理想

3.设为k上代数同态,是B的一个极大理想。若B是有限生成的,则原像也是A的极大理想。

4.设K为域,为Kn的点。则为K上n元多项式环的极大理想。

5.设为代数闭域K上n元多项式环的极大理想,则Kn存在点满足。

6.设K为代数闭域,S为K上n元多项式环的子集,则仿射簇与所有包含S的K上n元多项式环的极大理想的集合一一对应。

定理

定理1

设N是整数环Z的一个理想,则

是极大理想由素数生成.

证明 设是素数,又K是Z的一个理想,且

令,则,只有或p,即只有

从而是Z的极大理想。

反之,设N是Z的极大理想,由于Z的理想都是主理想,故可设,且不妨设n是正整数,如果n是合数,令

则Z的理想,但却有

这与N是Z的极大理想矛盾,故n必为素数。(证毕)。

根据这个定理,并由例1可知,除平凡理想外,整数环的素理想和极大理想是一致的,但是,对有些环来说并不是这样。

定理2

设N是环R的一个理想,则

是极大理想今是单环

证明 用表示R到R=R/N的自然同态

设N是R的一个极大理想,而为的任一非零理想,则由相应定理知,在之下的逆像K是R的一个理想。由于,而的逆像为N,故,又因,故,即,但N是R的极大理想,故

即只有平凡理想,R/N是单环。

反之,设是单环,K是R的一个理想,且

则.但由于,故,又因是单环,故。

任取,则,从而有使

于是因此,即N是R的极大理想。(证毕)。

我们知道,域是单环,以下将指出,在一定条件下其逆也成立。

定理3

设交换幺环R是一个单环,R是一个域。

证明 在R中任取,则.但R是单环,只有平凡理想,故

于是单位元,但对有单位元的交换环来说,中元素都可表为

于是,其中,即R中每个非零元都有逆元,从而R是一个域。(证毕)。

由以上两个定理立即可得下面推论。

推论1

设R是一个交换幺环,,则

是极大理想是域.

证明 设R/N是域,而域是单环,于是由定理2知,N是R的一个极大理想。

反之,设N是R的一个极大理想,由定理2,R/N是单环,又因环R有单位元且可换,从而R/N也有单位元且可换,故由定理3,R/N是一个域。(证毕)。

根据这个推论,再结合定理1又可得下面推论。

推论2

交换幺环的极大理想必为素理想

这样,在交换幺环中,只要给出一个极大理想,便可立即得到一个与这个环有密切联系的域,于是,可以通过所得到的域进一步研究所给的环。

例2 由素数p生成的理想是整数环Z的极大理想,而Z有单位元且可换,故由推论1知,即是一个域。

这样,我们从极大理想出发,又一次证明了是一个域。

例子

在模8剩余类环中,理想不是的素理想(因为,但是),也不是的极大理想(因为)。但是,易知理想既是的素理想也是的极大理想。

应该注意的是,素理想是在交换环内定义的,但极大理想并无这种限制。

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