Notes on Atiyah's Commutative Algebra

semi local的例子有局部环的乘积和

如果放弃命题中 的有限性条件,则 (1) 有反例 ;(2) 有反例 ,这里 是第n个素数。

,注意到 可逆 ,从而 有逆元

(i): 只需注意到 幂零,从而 被分解为可逆+幂零。现考虑 :假设 的逆为 ,则有 等等,在第二个式子两侧同乘 ,同乘 ,如此递归下去直至 ,而 可逆故 幂零。 为可逆元加幂零元,从而也是可逆元,因此递归可知 皆幂零。
(ii):类似的手段,证明 幂零于是 幂零。
(iii):取 最小的使 ,考虑到如果 使 ,则 ,从而 (否则 次数下降),于是 ,结合
(iv): :若 本原,只需考虑其系数环量组合为 的式子中分别关于 主元整理即可知 本原。 :模仿Gauss引理证明即可。若 分别本原,也就是 ,假若 并非本原,即其系数生成理想是真理想,则存在某个极大理想 包含它,从而对 ,在 ,矛盾。

没区别。

只需证如果 可逆对任意 成立,则 幂零。设 ,则 可逆,从而由 均幂零。

(i):显然。(ii): 幂零则 幂零,从而 幂零,如此递归即可证明 皆幂零。(iii):(i)的立即推论。(iv):由(iii), ,从而 ,于是 ,从而 是域,即知 极大。(v):考虑理想

只需证Jacobson根都幂零即可。设 可逆对任意 成立,如果 非幂零,则 中包含幂等元 ,而 可逆意味着存在 使得 ,从而同乘 ,则 ,矛盾。

对素理想 ,商环 是整环,而任何元素 的投影 的根,如果 非零则 从而可逆。因此 为域。

对一族下降素理想 ,考虑 。对 ,每个 都至少包含 一者,从而至少有一个,假设是 被包含于无穷多 中,因而 。现在对全部素理想关于被包含关系应用Zorn引理即可。

:显然。 :考虑到包含 素理想和 的素理想一一对应,而 是其一切素理想的交。

(i)(ii):依题意 为素理想。对 ,若 不可逆则存在极大理想包含 ,和素理想唯一性矛盾。(ii)(iii):显然。(iii)(i):显然。

(i):考虑 。(ii):商环是整环, 意味着 。(iii):将布尔环类比为 ,从而加法成为按位异或而乘法为与,容易注意到 应是 生成的理想。现在回到题目便是验证 ,而事实上 ,于是即得证结论。

和1.6没区别,考虑如果有非 的幂等元 ,那么有极大理想 包含 ,从而 是Jacobson,进而 可逆,矛盾。

只需证对有限情形, 中真理想。事实上归纳然后商掉 即可。

中极大元素的商环必是整环。

(iv):依 中论述 为包含 的一切素理想之交。 (v)、(vi):对理想 ,已知 。此外 有开覆盖即因此存在 的有限子集 使 ,其中 。从而(vii):显然有限多 的并拟紧。反过来 为若干 之并,从而取出有限覆盖即可。

(i)、(ii)、(iii):(iv):等于说

不可约等于说 ,则 ,即 ,则 ,而这就是素性的定义。

(i):稠密开集依然稠密。(ii):不可约空间的包含升链之并不可约,因此可以应用Zorn引理。(iii):如果不闭那么取闭包会更大。 不可约意味着存在包含它的极大不可约子空间,故不可约子空间的并为 。Hausdorff空间中不可约集合无非单点。(iv):先证明 不可约当且仅当 素。事实上 不可约即意味着 之一包含于 至少有一个等于 。于是至此 为极大不可约元即意味着 为极小素理想。

(i): 当且仅当 。(ii): 当且仅当 。(iii):考虑到于是 。(iv): 为连续双射直接源于对应定理。现在考虑到 ,因此 连续,故 是同胚。(v):(iii)。(iv):显然。(vii):

为只有第 个分量为 其余为 的元,对素理想 之一在 中。因此 中的素理想 具有形式,于是 ,典范同构是显然的。现证明三个条件等的价性:
(i)(iii):假设 ,则 。现在存在 使 幂零。考虑环直积的结构,我们希望构造某个 ,如果存在这样的元素那么 两侧同乘 ,类似地 ,于是 。现在回到 的构造,令 ,则 是可逆元,因此 ,现在选取 使 即可。
(iii)(ii):注意到在 中, ,而对幂等元 可以得到另一个环的单位元。回到问题,就是注意到对幂等元 容易验证同样是幂等元, ,从而
(ii)(i):上面证过了。

注:此题中(i)推(iii)也可以通过如下引理得到

中的幂等元可以被提升为 中幂等元,这里

假设存在 ,也就是 ,那么由中国剩余定理从而直接得到一个幂等元。

(i):。(ii):
(iii):假设 既开又闭。则 ,考虑在上一题(i)推(iii)过程中选出的 ,实际上过程给出了 其中 为可逆元,从而一切包含 的素理想包含 从而包含 ,包含 的素理想包含 ,由于Boole环中 ,故 ,同理
另证:依 拟紧,于是 闭集从而拟紧,又因为 是开集,所以它是有限多 的并,于是只需考虑(ii)。
(iv):只需证Hausdorff,而这是因为Boole环中素理想皆极大()。

除加法结合律外皆显然,而事实上利用分配律易证 ,从而
反过来的验证和说明这两个对应关系互逆的证明同样循规蹈矩。

对Boole格 ,取其对应Boole环 ,则 为紧Hausdorff空间,且 意味着 。又因为 中理想皆radical,故 单,且 中已经证明了它满。

形式的零点定理等价于所谓弱零点定理,也就是 中极大理想 皆有 形式,事实上考虑 ,取 从而

反过来如果弱零点定理成立,那么对真理想 ,考虑 中多项式 ,则这些多项式无公共零点,从而存在 使得代入 便知

假若存在坐标环间的 -代数同态 ,取 ,现在只需证明对应的多项式映射 的映射,从而自然诱导出的 就是 。事实上 拉回到 ,也就是对任意 都有 于是

我们也可以这么考虑:任何 一一对应于 中包含 的极大理想,也就是 中极大理想 -代数同态 诱导出 满同态( 中就有一份 ,从而自然是满射),于是对应某个极大理想 ,其中 。也就是说 把在 点处的取值拉回到在 点处取值,从而 打到