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으뜸 아이디얼

가환대수학에서, 으뜸 아이디얼(영어: primary ideal)은 소 아이디얼의 개념의 일반화이다. 이를 통해 으뜸 분해(영어: primary decomposition)라는, 소인수 분해의 일반화를 정의할 수 있다.

정의편집

으뜸 부분 가군편집

 왼쪽 가군  이 다음 성질을 만족시킨다면,  여으뜸 왼쪽 가군(餘-加群, 영어: coprimary left module)이라고 한다.[1]:185, §3

  • 임의의   에 대하여, 만약  이라면,  이다.

여기서  소멸자이며,  소근기(즉, 이를 포함하는 모든 소 아이디얼들의 교집합)이다. 만약  가환환이라면, 이는 다음 조건과 동치이다.

모든   에 대하여, 만약  이라면,  이거나 아니면 충분히 큰  에 대하여  이다.

 왼쪽 가군  으뜸 부분 가군(영어: primary submodule)   이 공으뜸 왼쪽 가군인 부분 가군이다. 오른쪽 가군에 대해서도 마찬가지로 정의할 수 있다.

 의 으뜸 부분 가군을 으뜸 왼쪽 아이디얼(영어: primary left ideal)이라고 한다.

삼종 아이디얼편집

 왼쪽 가군  이 주어졌을 때,  을 다음과 같이 정의하자.[1]:185, §3[2]:22-02, Définition 1.1

 

  위의 왼쪽 가군  이 다음 조건을 만족시킨다면, 이를 여삼종 가군(餘三種加群, 영어: cotertiary module)이라고 한다.[1]:185, §3[2]:22-02, Définition 2.1

  • 임의의   에 대하여, 만약  이라면,  이다.

소 아이디얼  이 주어졌을 때,  왼쪽 가군   -여삼종 가군(영어:  -cotertiary module)이라고 한다.

왼쪽 뇌터 환  위의 왼쪽 가군  에 대하여 다음 두 조건이 서로 동치이다.[3]:Théorème 2[1]:186[4]:161, §VII.1

 의 가군  의 부분 가군  에 대하여, 만약 몫가군  이 여삼종 가군이라면,  삼종 부분 가군(영어: tertiary submodule)이라고 한다.

  위의 왼쪽 가군  에 대하여 항상

 

이며, 따라서 모든 으뜸 부분 가군은 삼종 부분 가군이다. 만약  가환환이라면

 

이며, 따라서 가환환의 경우 으뜸 부분 가군의 개념은 삼종 부분 가군의 개념과 동치이다.

가환환의 경우편집

가환환  의 아이디얼  에 대하여, 다음 조건들이 서로 동치이며, 이를 만족시키는 아이디얼을  으뜸 아이디얼이라고 한다.

  •  의 으뜸 부분 가군이다.
  •  의 삼종 부분 가군이다.
  • 임의의  에 대하여, 만약  라면  이거나,  인 양의 정수  이 존재한다.
  • 임의의  에 대하여, 만약  라면  이거나,  이거나, 아니면  이다. 여기서  소근기이다.
  •  의 모든 영인자멱영원이다.

성질편집

가환환의 경우 다음과 같은 포함 관계가 성립한다.

아이디얼반소 아이디얼 ∪ 으뜸 아이디얼 ⊇ 반소 아이디얼 ∩ 으뜸 아이디얼 = 소 아이디얼극대 아이디얼

특히, 소 아이디얼은 으뜸 아이디얼이다. 가환환  의 전체 아이디얼   역시 으뜸 아이디얼이다.

으뜸 아이디얼의 소근기는 항상 소 아이디얼이다. 으뜸 아이디얼  소근기소 아이디얼  이면,   -으뜸 아이디얼(영어:  -primary ideal)이라고 한다. 반대로, 소근기극대 아이디얼인 아이디얼은 으뜸 아이디얼이다. (그러나 으뜸 아이디얼이 아니지만 소근기가 소 아이디얼인 아이디얼이 존재한다.)

공으뜸 가군편집

뇌터 가환환 위의, 영가군이 아닌 유한 생성 가군  에 대하여 다음 두 조건이 서로 동치이다.

으뜸 분해편집

왼쪽 뇌터 환 위의 유한 생성 왼쪽 가군은 유일한 삼종 분해를 갖는다. 즉, 왼쪽 뇌터 환   위의 유한 생성 왼쪽 가군  의 부분 가군  에 대하여, 다음 조건들을 모두 만족시키는 유한 개의 서로 다른 삼종 부분 가군  소 아이디얼  들이 존재한다.[4]:162, Proposition VII.1.13[1]:186

  •  
  • 임의의  에 대하여,  
  •  유한 집합이며, 그 크기는  이며, 또한  이다.
  • 임의의  에 대하여,  라면  이며  이다.

이를  삼종 분해(영어: tertiary decomposition)라고 한다. 또한, 삼종 분해는 다음과 같은 의미에서 유일하다.[4]:162, Proposition VII.1.13[1]:186

  •  의 두 삼종 분해  ,  가 주어졌을 때,  이며,  가 되는 순열  이 존재한다. (그러나  일 필요는 없다.)

만약  뇌터 가환환일 경우, 삼중 부분 가군의 개념은 으뜸 부분 가군의 개념과 일치하며, 이 경우를 으뜸 분해라고 한다. 뇌터 가환환 위의 유한 생성 가군이 으뜸 분해를 갖는다는 사실은 라스커-뇌터 정리(영어: Lasker–Noether theorem)라고 한다.

구체적으로, 뇌터 가환환  의 아이디얼  의 으뜸 분해는 다음과 같은 알고리즘으로 찾을 수 있다.

  1. 만약  가 으뜸 아이디얼이라면,  는 으뜸 분해를 이룬다. 아니라면,   를 찾을 수 있다.
  2.  이 되는 충분히 큰 자연수  을 찾는다.
  3. 그렇다면,  이므로,   의 으뜸 분해를 찾으면  의 으뜸 분해를 찾을 수 있다. (   보다 더 큰 아이디얼이므로, 뇌터 환 조건에 의하여 무한 반복이 일어나지 않는다.)

여기서

 
 

이다.

편집

정수환  주 아이디얼 정역이므로, 모든 아이디얼이 주 아이디얼이다. 정수환에서 소 아이디얼은 소수  로 생성되는 주 아이디얼  이며, 으뜸 아이디얼은 소수의 거듭제곱   ( )으로 생성되는 주 아이디얼  이다.

소근기가 소 아이디얼인 비(非)으뜸 아이디얼편집

대수적으로 닫힌 체  에 대하여,  를 생각하자. 이 경우,

 

라고 하자. 이는 소 아이디얼이다. 즉,  소근기  는 소 아이디얼이다. 그러나  는 으뜸 아이디얼이 아니다.

 

이지만,

 
 

이기 때문이다.  의 으뜸 분해는

 

이다.

역사편집

소인수 분해정수환에서 보다 일반적인 으로 일반화하는 것은 환론의 오래된 문제이다. 일부 대수적 수체대수적 정수환유일 인수 분해 정역이 아니지만 (즉, 환의 원소가 기약원으로의 유일 인수 분해를 갖지 않을 수 있지만), 데데킨트 정역이라는 것(즉, 아이디얼소 아이디얼로의 유일한 분해를 갖는 것)이 밝혀지면서 환의 원소의 분해 대신 아이디얼의 분해가 대두되었다. 그러나 데데킨트 정역이 아닌 환들의 경우, 소 아이디얼로의 분해 역시 실패한다.

이를 해결하기 위하여, 에마누엘 라스커가 라스커-뇌터 정리를 다항식환에 대하여 증명하였고,[5] 그 뒤 에미 뇌터가 라스커-뇌터 정리를 일반적 뇌터 가환환에 대하여 증명하였다.[6]:44, §5, Satz IX 이에 따라 임의의 뇌터 가환환에 대하여 소인수 분해가 일반화되었다.

비가환환의 경우, 레옹스 르시외르(프랑스어: Léonce Lesieur)와 로베르 크루아조(프랑스어: Robert Croisot)가 삼종 아이디얼의 개념을 도입하여, 왼쪽 뇌터 환의 경우 삼종 분해가 성립함을 보였다.[2][3][7][8]

참고 문헌편집

  1. Riley, John A. (1962년 11월). “Axiomatic primary and tertiary decomposition theory”. 《Transactions of the American Mathematical Society》 (영어) 105 (2): 177–201. doi:10.1090/S0002-9947-1962-0141683-4. ISSN 0002-9947. MR 0141683. 
  2. Croisot, Robert (1957년 5월 20일). “Exposé № 22. Théorie noethérienne des idéaux dans les anneaux et les demi-groupes non nécessairement commutatifs (exposé d’une partie d’un mémoire de L. Lesieur et R. Croisot, à paraître au Math. Zeitschrift)”. 《Séminaire P. Dubreil et C. Pisot. Algèbre et théorie des nombres》 (프랑스어) 10. Zbl 0116.02405. 
  3. Lesieur, Léonce (1958년 2월 17일). “Exposé № 14. Théorie noethérienne des anneaux non commutatifs: une propriété caractéristique des idéaux tertiaires”. 《Séminaire P. Dubreil, M.-L. Dubreil-Jacotin et C. Pisot. Algèbre et théorie des nombres》 (프랑스어) 11 (2). Zbl 0116.26405. 
  4. Stenström, Bo (1975). 《Rings of quotients: an introduction to methods of ring theory》. Grundlehren der mathematischen Wissenschaften (영어) 217. Springer-Verlag. doi:10.1007/978-3-642-66066-5. ISBN 978-3-540-07117-4. ISSN 0072-7830. 
  5. Lasker, E. (1905). “Zur Theorie der Moduln und Ideale”. 《Mathematische Annalen》 (독일어) 60: 19–116. doi:10.1007/BF01447495. ISSN 0025-5831. 
  6. Noether, E. (1921). “Idealtheorie in Ringbereiche”. 《Mathematische Annalen》 (독일어) 83: 24–66. doi:10.1007/BF01464225. ISSN 0025-5831. 2015년 7월 12일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2016년 5월 14일에 확인함. 
  7. Lesieur, Léonce; Croisot, Robert (1960). “Extension au cas non commutatif d’un théorème de Krull et d’un lemme d’Artin-Rees. À M. Wolfgang Krull, à l’occasion de son 60e anniversaire”. 《Journal für die reine und angewandte Mathematik》 (프랑스어) 204: 216–220. doi:10.1515/crll.1960.204.216. ISSN 0075-4102. MR 0131436. 
  8. Lesieur, Léonce; Croisot, Robert (1963). 《Algèbre nœthérienne non commutative》. Mémorial des sciences mathématiques (프랑스어) 154. Gauthier-Villars & Cie. MR 155861. Zbl 0115.02903. 

외부 링크편집