Mathematical element
可換代数 において、 可換環 Bの 元 bが B の 部分環 A 上 で整式 である 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「 上の積分拡大」の概念は、まさに 体論における「 上の 代数的 」および「 の代数拡大 」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 において最も興味深いケースは、 複素数を Z 上で積分するケース (例えば、 または) である 。この場合、積分元は通常、 代数的整数と呼ばれる。 有理数体 Q の 有限 拡大体 kの代数的整数は k の部分環を形成し 、これは k の 整数環と呼ばれ、 代数的数論 における中心的な研究対象である 。 2 {\displaystyle {\sqrt {2}}} 1 + i {\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、 ある に対して が存在し、 B {\displaystyle B} A ⊂ B {\displaystyle A\subset B} B . {\displaystyle B.} b {\displaystyle b} B {\displaystyle B} A {\displaystyle A} n ≥ 1 , {\displaystyle n\geq 1,} a 0 , a 1 , … , a n − 1 {\displaystyle a_{0},\ a_{1},\ \dots ,\ a_{n-1}} A {\displaystyle A} b n + a n − 1 b n − 1 + ⋯ + a 1 b + a 0 = 0. {\displaystyle b^{n}+a_{n-1}b^{n-1}+\cdots +a_{1}b+a_{0}=0.}
の元のうち 上整である ものの集合は 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 上整であれば は 上整で ある 、あるいは は の 整拡大 である という。 B {\displaystyle B} A {\displaystyle A} A {\displaystyle A} B . {\displaystyle B.} A {\displaystyle A} B {\displaystyle B} B {\displaystyle B} A . {\displaystyle A.} B {\displaystyle B} A , {\displaystyle A,} B {\displaystyle B} A {\displaystyle A} B {\displaystyle B} A . {\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。 K / Q {\displaystyle K/\mathbb {Q} } L / Q p {\displaystyle L/\mathbb {Q} _{p}}
有理数における整数の積分閉包 Qの元のうち、 Z 上で整式となるのは 整数 だけです 。言い換えれば、 Zは Q における Z の整閉包です 。
二次拡張 ガウス 整数は の形の複素数であり 、 Z 上で整列している。は Z のにおける 整閉包である 。通常、この環は と表記される 。 a + b − 1 , a , b ∈ Z {\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、 二次整数 の例です。二次拡大の積分閉包は、 任意の元の 最小多項式 を構成し 、その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で見つけることができます。この解析は、 二次拡大の記事 に記載されています。 Q ( d ) {\displaystyle \mathbb {Q} ({\sqrt {d}})} a + b d {\displaystyle a+b{\sqrt {d}}}
団結の根源 ζを単位根 とする。すると、 円分体 Q (ζ) における Z の整閉包は Z [ζ]である。 [2]これは、 最小多項式 と アイゼンシュタインの判定法 を用いて求めることができる 。
代数的整数環 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 、 冪等元 、 べき等元は 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 と密接に関連しています。これは、余次元1の特異点を解決するための手順を与えるため、 特異点解決 の第一歩となります。
例えば、 の整閉包は 環である。 なぜなら、幾何学的には、最初の環は-平面 と -平面の和に対応するからである。それらは -軸に沿って交差し、余次元1の特異点を持つ 。 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 とする 。このとき、 Aは G によって固定された元の集合 A G 上整である。 不変量環を 参照 。 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 ] の場合のみである 。 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)).}
代数における整数性 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 次の形式をとる ( ピュイズー級数 を参照) [ 要出典 ] 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 が与えられたとき、以下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 、これは有限生成 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 準同型 とし 、 I を A の イデアル でとなるものと しよう。このとき、次 の 関係式が成立する。 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、残りは容易である。偶然にも、 中山の補題 もこの定理から直接導かれる。
基本的な性質
上記4つの同値な記述から、上で整である 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 が上で整である の元で あれば、 は 上で整です。 なぜなら 、 は 上の有限生成加群であり 、 は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}
整数性の推移性 上記の同値性のもう一つの帰結は、「整数性」が 以下の意味で 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 整数かつ 上 で整数で あるならば 、 は 上で整数です 。特に、 自身が 上で整数かつ が 上で整数であるなら ば、 も 上で整数です 。 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 分数体環 である場合 (例えば、が 整域で ある とき 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}
整閉領域を持つ整閉包の推移性 A を分数体 K を含む整域とし 、 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際に適用可能である。特に、体拡大が与えられた場合、 における の整閉包は 整数環となる 。 L / K {\displaystyle L/K} O K {\displaystyle {\mathcal {O}}_{K}} L {\displaystyle L} O L {\displaystyle {\mathcal {O}}_{L}}
上記の整数性の推移性は、 が 上で整数である場合 、 は有限生成 - 加群である部分環の和 集合 ( 帰納的極限 と同等)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 、整数の推移性は次のように弱められる。 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]}
有限性条件との関係 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 であるならば、 が 上で整である ならばは 整数で ある と言える 。同様に、 は 有限 ( 有限生成-加 群)あるいは 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} もっと明確に言えば、
B {\displaystyle B} が有限生成 - 加 群である場合、かつその場合のみ、は 上を有限個の要素が整列することによって - 代数 として生成される 。 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 整拡大 A ⊆ B は、 上昇性 、 覆いかぶさる 性質、および 比較不可能 性( コーエン・ザイデンベルクの定理 )を持つ。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(上昇かつ覆いかぶさる)を 満たすa が 存在し 、包含関係を持つ2つの異なる素イデアルは同じ素イデアルに縮約できない(比較不可能)。特に、 A と B の クルル次元は 同じである。さらに、 A が 整閉領域である場合、下降性(下記参照)が成立する。 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」ということは「横になる」ことを意味します。 [7] そのため、以下では「上がる」と「横になる」の両方の意味で単に「上がる」と言います。
A と B が A 上整 となるよう な領域である 場合 、 A が体となることと、 B が体となることは同値である。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 となること と、 が A の極大イデアルとなることは同値である 。別の系として、 L / Kが代数的拡大である場合、 K を含む L の任意の部分環 は体となる。 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 上の整環とし 、 kを 代数 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 である 。実際、 任意のイデアル I に対して、 f が 単射 ならば は 射影的 である 。これは上向き写像の幾何学的解釈である。 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 ノイザン整閉領域(すなわち、正規 スキーム ) である部分環と する。B が A 上整であるならば 、 は沈み込み可能となる。すなわち、 の 位相は 商位相 となる 。 [9]証明には 構成可能集合 の概念を用いる 。(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 上整である とき 、任意の A 代数 R に対して は R 上整である 。 [10] 特に、 は閉じている。すなわち、積分拡大は「 普遍的に閉じた」写像を誘導する。これは、 積分拡大の幾何学的特徴 付けにつながる 。すなわち、 B を 有限個の極小素イデアル(例えば、積分領域またはノイザン環)のみを持つ環とする 。すると、 B が (部分環) A上整であるため 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}
整閉領域の整拡大上のガロア作用 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 とし、 B を L における A の整閉包とする 。このとき、 群は の各ファイバーに 推移的に 作用する 。 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 の 任意 の に対して と 仮定する 。すると、 素数回避 により、任意の に対してと なる 元 x が存在する。G は 元を固定する ため、 y は K 上で 純粋に分離不可能 となる。すると、 K には何らかの べき乗が 属する。A は整閉な ので、 次 が成り立つ。したがって、 は には属する が には属さないこと が分かった 。つまり、 である 。 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}
代数的数論への応用 ガロア群は、 固定された素イデアルの上にある 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}} とすると、集合 上にガロア作用が存在する 。これは ガロア拡大における素イデアルの分割 と呼ばれる。 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 の有限体拡大のみであると仮定します 。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、どちらの記述においても、 L を拡大することにより、 L が正規拡張であると仮定できます 。すると (i) は直ちに成立します。(ii) に関しては、上向きに展開することで、 に縮約する連鎖を見つけることができます 。推移性により、 が存在し 、 が 目的の連鎖です。 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})}
積分閉鎖 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良好に振舞う。具体的には、 A の 乗法的に閉部分集合 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 、は における の整閉包である 。 [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 の整閉包である 。 [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における 局所環 A の整閉包は 、必ずしも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 の交差です 。
A を- 次数環 B の -次数部分環 とする 。すると、 Aの B における 整閉包は B の - 次数部分環 となる 。 [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ような すべての元の集合である。 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 整閉である。 [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}}} 任意の最小素数に含まれない が 存在し、 すべての に対してが成り立つとします 。 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 の逆像に含まれる場合 。イデアルの爆発とは、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ある。スキームの正規化とは、単にそのすべての環の整閉包に対応するスキームである。 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 環とし、 A を B の部分環として、 Bが A 上整となるよう なものとする 。このとき、 A 加群 B / A の 消滅子は B における A の 導手 と呼ばれる。この概念は 代数的整数論 に由来するため 、導手は 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 を アフィン曲線 の 座標環 とする )とする。B は A のにおける 整閉包である。B における A の伝導体は イデアル である。より一般に、 、 a 、 b が互いに素である の伝導体は 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 の整閉包であり、 A 加群が有限生成である とする。このとき、 A の 導手は の台を 定義するイデアルである 。したがって、 A は における の補集合において B と一致する 。特に、 の補集合である集合 は 開集合 である 。 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 有限生成代数 の積分閉包の有限性は、重要かつ難しい問題である 。いくつかの既知の結果がある。
分数体の有限拡大におけるデデキント領域 の整閉包は 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 の帰結である。一般に、高々2次元のネーター領域の整閉包はネーターである。永田は、その整閉包がネーターではない3次元のネーター領域の例を示した。 [23] より適切な表現は、ネーター領域の整閉包は クルル領域 である( 森・永田の定理 )。永田はまた、その領域上では積分閉包が有限ではない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 が有限可分拡大ならば 、 L における A の整閉は 有限 生成 A 加 群となる 。 [ 24] これは簡単で標準的な方法である(トレースが非退化 双線型形式 を定義するという事実を利用する)。 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 Noether によるもので、次のように Noether の正規化補題 を使って示すことができる。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すだけで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 q 乗が存在する。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。 右辺の環は の分数体であり、これは 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 上有限であり 、ましてや A上有限です。 k を Z に 置き換えても、結果は変わりません 。 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 における定理である 。体 K と有限生成 K 代数 A が与えられたとき、 A の元 y 1 , y 2 , ..., y m がK 上で 代数的に独立 であり、かつ Aが B = K [ y 1 ,..., y m ]上で有限(したがって整)である ような もの を見つけることが可能であることを定理とする。したがって、拡大 K ⊂ A は合成 K ⊂ B ⊂ A と表すことができる。ここで K ⊂ B は純粋 超越的拡大 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 整射で ある とは、それが アフィンで あり、かつ Y のある(同値な)アフィン開被覆に対して 、すべての写像が A が整 B -代数であるよう な形である ことを意味する。整射のクラスは 有限射 のクラスよりも一般である。なぜなら、多くの場合、ある体の体上の代数閉包のように、有限ではない整拡大が存在するからである。 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、 A の分数体の (ある) 代数閉包を L 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、 典型的にはノイザンではない)。 A + {\displaystyle A^{+}} A + {\displaystyle A^{+}}
参照
注記 ^ 上記の方程式は積分方程式と呼ばれることもあり、 b は A に積分的従属であると言われます( 代数的従属 とは対照的です )。 ^ ミルン 2020、定理6.4 ^ Kaplansky 1974, 1.2. 演習4. ^ ハーツホーン 1977、第2章、演習5.14 ^ この証明はデデキント(ミルン、ANT)によるものです。あるいは、対称多項式を用いて整数元が環を形成することを示すこともできます。(同上) ^ 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): 普遍閉射—スタックスプロジェクト」. 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 同次な 環準同型であるとする。 における の整閉包は であり 、 は B における A の整閉包である 。 B における b が A 上で整であるならば 、 は 上で整である 。すなわち、 は において整である 。つまり、 の 各係数はA に属する 。 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1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・ウェズレー. 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 浩 (1970) 可換代数 松村秀夫著 「可換環論」。M .リード訳。第2版。ケンブリッジ高等数学研究、8。 ミルン, JS (2020年7月19日). 「代数的数論」 Huneke, Craig; Swanson, Irena (2006), Integral closure of ideals, rings, and modules, London Mathematical Society Lecture Note Series, vol. 336, Cambridge, UK: Cambridge University Press , ISBN 978-0-521-68860-4 , MR 2266432, 2019年11月15日にオリジナルからアーカイブ, 2011年3月1日 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」 2011年11月5日アーカイブ、 Wayback Machine 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})}