環

定義

環

環(ring)とは,以下の3つのデータからなる.

  • 集合𝑅
  • 和と呼ばれる𝑅上の2項演算 + : 𝑅 × 𝑅 → 𝑅
  • 積と呼ばれる𝑅上の2項演算 ⋅ : 𝑅 × 𝑅 → 𝑅

これらは以下の条件を満たす.

  • 𝑅は+を積とする可換群.
  • 𝑅は⋅を積とするモノイド.
  • ∀ ⁡ 𝑎 , 𝑏 , 𝑐 ∈ 𝑅 , { 𝑎 ⋅ ( 𝑏 + 𝑐 ) = 𝑎 ⋅ 𝑏 + 𝑎 ⋅ 𝑐 ( 𝑎 + 𝑏 ) ⋅ 𝑐 = 𝑎 ⋅ 𝑐 + 𝑏 ⋅ 𝑐

準同型

環 𝑅 , 𝑅 ′ を与える.

写像 𝑓 : 𝑅 → 𝑅 ′ が以下を満たすとき,(環)準同型((ring) homomorphism)と呼ぶ.

  • ∀ ⁡ 𝑎 , 𝑏 ∈ 𝑅 , 𝑓 ⁡ ( 𝑎 + 𝑏 ) = 𝑓 ⁡ ( 𝑎 ) + 𝑓 ⁡ ( 𝑏 )
  • ∀ ⁡ 𝑎 , 𝑏 ∈ 𝑅 , 𝑓 ⁡ ( 𝑎 ⋅ 𝑏 ) = 𝑓 ⁡ ( 𝑎 ) ⋅ 𝑓 ⁡ ( 𝑏 )
  • 乗法単位元 1 𝑅 ∈ 𝑅 , 1 𝑅 ′ ∈ 𝑅 ′ に対して, 𝑓 ⁡ ( 1 𝑅 ) = 1 𝑅 ′

性質

部分環

環𝑅を与える.

部分集合𝑆⊂𝑅が𝑅と同じ積で環となる,つまり以下を満たすとき,部分環(subring)と呼ぶ.

  • 和+に関して𝑆は𝑅の部分(可換)群.つまり以下を満たす.
    • 𝑆 + 𝑆 ⊂ 𝑆
    • 0 𝑅 ∈ 𝑆
    • − 𝑆 = 𝑆
  • 積⋅に関して𝑆は𝑅の部分モノイド.つまり以下を満たす.
    • 𝑆 ⋅ 𝑆 ⊂ 𝑆
    • 1 𝑅 ∈ 𝑆

イデアル

環𝑅と,和+に関する𝑅の部分(可換)群𝐼を与える.つまり,𝐼は以下を満たす.

  • 𝐼 + 𝐼 ⊂ 𝐼
  • 0 𝑅 ∈ 𝐼
  • − 𝑅 = 𝑅

上に加えて,以下を満たすものを左イデアル(left ideal)と呼ぶ. 𝑅 ⋅ 𝐼 ⊂ 𝐼

同様に,以下を満たすものを右イデアル(right ideal)と呼ぶ. 𝐼 ⋅ 𝑅 ⊂ 𝐼

左イデアルかつ右イデアルであるものを(両側)イデアル((two–sided) ideal)と呼ぶ.

イデアルは環の正規対象であり,これが導く同値関係は 𝑎 ∼ 𝐼 𝑏 ≔ 𝑏 − 𝑎 ∈ 𝐼

商環

環𝑅とイデアル𝐼を与える.

商可換群𝑅∕𝐼は,自然な積 ( 𝑎 + 𝐼 ) ⁢ ( 𝑏 + 𝐼 ) = 𝑎 ⁢ 𝑏 + 𝐼 に関して環をなす.これを商環(quotient ring)と呼ぶ.

同型定理

環𝑅,𝑆と環準同型 𝑓 : 𝑅 → 𝑆 を与えると,以下が成り立つ.

  • 𝑓の核 𝑓 − 1 ⁡ ( 0 𝑆 ) は𝑅のイデアル
  • 𝑓の像 𝑓 ⁡ ( 𝑅 ) は𝑅の部分環
  • 𝑓の像 𝑓 ⁡ ( 𝑅 ) は商環 𝑅 ∕ 𝑓 − 1 ⁡ ( 0 𝑆 ) に同型