Идемпотент (теория колец) - Idempotent (ring theory)

В теория колец (часть абстрактная алгебра ) идемпотентный элемент, или просто идемпотент, из кольцо это элемент а такой, что а² = а.^[1] То есть элемент идемпотент под умножением кольца. Таким образом, индуктивно можно заключить, что а = а² = а³ = а⁴ = ... = а^п для любого положительного целого числа п. Например, идемпотентный элемент кольца матриц - это в точности идемпотентная матрица.

Для общих колец элементы, идемпотентные относительно умножения, участвуют в разложениях модулей и связаны с гомологический свойства кольца. В Булева алгебра, основными объектами исследования являются кольца, в которых все элементы идемпотентны как при сложении, так и при умножении.

Примеры

Коэффициенты Z

Можно рассматривать кольцо целых чисел mod п, где п является свободный от квадратов. Посредством Китайская теорема об остатках, это кольцо разлагается на прямое произведение колец целых чисел modп. Теперь каждый из этих факторов является полем, поэтому ясно, что единственными идемпотентами фактора будут 0 и 1. То есть каждый фактор имеет два идемпотента. Итак, если есть м факторов, будет 2^м идемпотенты.

Мы можем проверить это для целых чисел по модулю 6, р = Z/6Z. Поскольку 6 имеет два множителя (2 и 3), должно быть 2² идемпотенты.

0² ≡ 0 ≡ 0 (мод 6)

1² ≡ 1 ≡ 1 (мод 6)

2² ≡ 4 ≡ 4 (мод 6)

3² ≡ 9 ≡ 3 (мод 6)

4² ≡ 16 ≡ 4 (мод 6)

5² ≡ 25 ≡ 1 (мод 6)

Из этих вычислений 0, 1, 3 и 4 являются идемпотентами этого кольца, а 2 и 5 - нет. Это также демонстрирует свойства разложения, описанные ниже: потому что 3 + 4 = 1 (мод. 6), существует кольцевое разложение 3Z/6Z ⊕ 4Z/6Z. Через 3Z/6Z тождество 3 + 6Z и в 4Z/6Z тождество 4 + 6Z.

Фактор кольца многочленов

Учитывая кольцо ${ displaystyle R}$ и элемент ${ displaystyle f in R}$ такой, что ${ displaystyle f ^ {2} neq 0}$ , то факторкольцо

${ displaystyle { frac {R} {(е ^ {2} -f)}}}$

имеет идемпотент ${ displaystyle f}$ . Например, это можно применить к ${ Displaystyle х в mathbb {Z} [х]}$ , или любой полином ${ Displaystyle е ин к [x_ {1}, ldots, x_ {n}]}$ .

Идемпотенты в кольцах расщепленных кватернионов

Существует катеноид идемпотентов в расщепленный кватернион кольцо.

Типы кольцевых идемпотентов

Неполный список важных типов идемпотентов включает:

Два идемпотента а и б называются ортогональный если ab = ба = 0. Если а идемпотентен в кольце р (с единицей), то так б = 1 − а; более того, а и б ортогональны.
Идемпотент а в р называется центральный идемпотент если топор = ха для всех Икс в р.
А тривиальный идемпотент относится к любому из элементов 0 и 1, которые всегда идемпотентны.
А примитивный идемпотент идемпотент а такой, что aR является непосредственно неразложимый.
А локальный идемпотент идемпотент а такой, что aRa это местное кольцо. Это означает, что aR напрямую неразложима, поэтому локальные идемпотенты также примитивны.
А неприводимый справа идемпотент идемпотент а для которого aR это простой модуль. От Лемма Шура, Конец_р(aR) = aRa является телом и, следовательно, является локальным кольцом, поэтому неприводимые справа (и слева) идемпотенты локальны.
А центрально примитивный идемпотент - центральный идемпотент а это не может быть записано как сумма двух ненулевых ортогональных центральных идемпотентов.
Идемпотент а + я в кольце частных р/я говорят подъем по модулю я если есть идемпотент б в р такой, что б + я = а + я.
Идемпотент а из р называется полный идемпотент если RaR = р.
А идемпотентная отделимость; увидеть отделимая алгебра.

Любой нетривиальный идемпотент а это делитель нуля (потому что ab = 0 ни с одним а ни б быть нулевым, где б = 1 − а). Это показывает, что целостные области и делительные кольца таких идемпотентов нет. Местные кольца тоже не имеют таких идемпотентов, но по другой причине. Единственный идемпотент, содержащийся в Радикал Якобсона кольца равно 0.

Кольца, характеризующиеся идемпотентами

Кольцо, в котором все элементы идемпотентны, называется Логическое кольцо. Некоторые авторы используют термин «идемпотентное кольцо» для этого типа кольца. В таком кольце умножение коммутативно, и каждый элемент является своим. Противоположное число.
Кольцо полупростой тогда и только тогда, когда каждый правый (или каждый левый) идеал порождается идемпотентом.
Кольцо фон Нейман регулярный если и только если каждый конечно порожденный правый (или любой конечно порожденный левый) идеал порождается идемпотентом.
Кольцо, для которого аннигилятор р.Анна(S) каждое подмножество S из р порождается идемпотентом, называется Кольцо Baer. Если условие выполняется только для всех одиночка подмножества р, то кольцо является правым Кольцо Rickart. Оба этих типа колец интересны, даже если у них отсутствует мультипликативная идентичность.
Кольцо, в котором все идемпотенты центральный называется Абелево кольцо. Такие кольца не обязательно должны быть коммутативными.
Кольцо прямо неприводимый тогда и только тогда, когда 0 и 1 - единственные центральные идемпотенты.
Кольцо р можно записать как е₁р ⊕ е₂р ⊕ ... ⊕ е_пр с каждым е_я локальный идемпотент тогда и только тогда, когда р это полусовершенное кольцо.
Кольцо называется SBI кольцо или Подъем / рад кольцо, если все идемпотенты р поднять по модулю Радикал Якобсона.
Кольцо удовлетворяет условие возрастающей цепи на правых прямых слагаемых тогда и только тогда, когда кольцо удовлетворяет состояние нисходящей цепочки на левых прямых слагаемых тогда и только тогда, когда каждое множество попарно ортогональных идемпотентов конечно.
Если а идемпотентен в кольце р, тогда aRa снова кольцо с мультипликативной единицей а. Кольцо aRa часто называют угловое кольцо из р. Угловое кольцо возникает естественным образом, поскольку кольцо эндоморфизмов Конец_р(aR) ≅ aRa.

Роль в разложениях

Идемпотенты р имеют важную связь с разложением р модули. Если M является р модуль и E = Конец_р(M) это его кольцо эндоморфизмов, тогда А ⊕ B = M тогда и только тогда, когда существует единственный идемпотент е в E такой, что А = е(M) и B = (1 − е) (M). Ясно тогда, M является непосредственно неразложимым тогда и только тогда, когда 0 и 1 - единственные идемпотенты в E.^[2]

В случае, когда M = р кольцо эндоморфизмов Конец_р(р) = р, где каждый эндоморфизм возникает как левое умножение на фиксированный элемент кольца. С этой модификацией обозначений А ⊕ B = р как правые модули тогда и только тогда, когда существует единственный идемпотент е такой, что eR = А и (1 − е)р = B. Таким образом, каждое прямое слагаемое модуля р порождается идемпотентом.

Если а центральный идемпотент, то угловое кольцо aRa = Ра кольцо с мультипликативной единицей а. Так же, как идемпотенты определяют прямые разложения р как модуль центральные идемпотенты р определить разложения р как прямая сумма колец. Если р прямая сумма колец р₁,...,р_п, то единичные элементы колец р_я центральные идемпотенты в р, попарно ортогональны, и их сумма равна 1. Наоборот, для центральных идемпотентов а₁,...,а_п в р попарно ортогональны и имеют сумму 1, то р прямая сумма колец Ра₁,…,Ра_п. Так, в частности, каждый центральный идемпотент а в р вызывает разложение р как прямая сумма угловых колец aRa и (1 − а)р(1 − а). В результате кольцо р непосредственно неразложимо как кольцо тогда и только тогда, когда тождество 1 центрально примитивно.

Работая индуктивно, можно попытаться разложить 1 на сумму центральных примитивных элементов. Если 1 центрально примитивен, все готово. В противном случае это сумма центральных ортогональных идемпотентов, которые, в свою очередь, являются примитивными или суммами более центральных идемпотентов и т. Д. Проблема, которая может возникнуть, заключается в том, что это может продолжаться бесконечно, создавая бесконечное семейство центральных ортогональных идемпотентов. Условие "R не содержит бесконечных множеств центральных ортогональных идемпотентов"- это тип условия конечности кольца. Этого можно достичь разными способами, например, требуя, чтобы кольцо было правильным. Нётерян. Если разложение р = c₁р ⊕ c₂р ⊕ ... ⊕ c_пр существует с каждым c_я центрально примитивный идемпотент, тогда р прямая сумма угловых колец c_яRc_я, каждое из которых кольцево неприводимо.^[3]

Для ассоциативные алгебры или Йордановы алгебры над полем Разложение Пирса является разложением алгебры в сумму собственных подпространств коммутирующих идемпотентных элементов.

Связь с инволюциями

Если а является идемпотентом кольца эндоморфизмов End_р(M), то эндоморфизм ж = 1 − 2а является р модуль инволюция из M. Это, ж является р гомоморфизм такой, что ж ² тождественный эндоморфизм M.

Идемпотентный элемент а из р и связанная с ней инволюция ж дает две инволюции модуля р, в зависимости от просмотра р как левый или правый модуль. Если р представляет собой произвольный элемент р, ж можно рассматривать как право р-гомоморфизм р ↦ fr так что ffr = р, или ж также можно рассматривать как левый р модульный гомоморфизм р ↦ рф, где rff = р.

Этот процесс можно обратить, если 2 - это обратимый элемент из р:^[4] если б инволюция, то 2⁻¹(1 - б) и 2⁻¹(1 + б) ортогональные идемпотенты, соответствующие а и 1 − а. Таким образом, для кольца, в котором 2 обратимо, идемпотентные элементы соответствовать к инволюциям взаимно однозначно.

Категория р модули

Отмена идемпотентов также имеет серьезные последствия для категория р модули. Все идемпотенты поднимают по модулю я если и только если каждый р прямое слагаемое р/я имеет проективное покрытие как р модуль.^[5] Идемпотенты всегда поднимаются по модулю нулевые идеалы и кольца, для которых р/я является Адически полный.

Подъем наиболее важен, когда я = J (р), то Радикал Якобсона из р. Еще одна характеристика полусовершенных колец состоит в том, что они полулокальные кольца идемпотенты которого поднимаются по модулю J (р).^[6]

Решетка идемпотентов

Можно определить частичный заказ на идемпотенты кольца следующим образом: если а и б идемпотенты, пишем а ≤ б если и только если ab = ба = а. Что касается этого порядка, 0 - наименьший, а 1 - наибольший идемпотент. Для ортогональных идемпотентов а и б, а + б также идемпотент, и мы имеем а ≤ а + б и б ≤ а + б. В атомы этого частичного порядка являются в точности примитивные идемпотенты. (Лам 2001, п. 323)

Когда указанный выше частичный порядок ограничен центральными идемпотентами р, может быть задана структура решетки или даже структура булевой алгебры. Для двух центральных идемпотентов е и ж то дополнять ¬е = 1 − е и присоединяйся и встречайся даны

е ∨ ж = е + ж − ef

и

е ∧ ж = ef.

Заказ теперь становится просто е ≤ ж если и только если eR ⊆ fR, и соединение и встреча удовлетворяют (е ∨ ж)р = eR + fR и (е ∧ ж)р = eR ∩ fR = (eR)(fR). Он показан в (Goodearl 1991, п. 99) что если р является фон Нейман регулярный и правильно самоинъективный, то решетка является полная решетка.

Заметки

^ Увидеть Hazewinkel и другие. (2004), стр. 2.
^ Андерсон и Фуллер 1992, с.69-72.
^ Лам 2001, стр.326.
^ Нетрудно найти кольца, в которых 2 необратимо. Элемент 2 не обратим ни в какой булевой алгебре, ни в каком кольце характеристика 2.
^ Андерсон и Фуллер 1992, с.302.
^ Лам 2001, стр.336.

использованная литература

“идемпотент " в FOLDOC
Гударл, К. Р. (1991), регулярные кольца фон Неймана (2-е изд.), Малабар, Флорида: Robert E. Krieger Publishing Co. Inc., стр. Xviii + 412, ISBN 0-89464-632-X, Г-Н 1150975
Hazewinkel, Michiel; Губарени, Надия; Кириченко, В. В. (2004), Алгебры, кольца и модули. Vol. 1, Математика и ее приложения, 575, Дордрехт: Kluwer Academic Publishers, стр. Xii + 380, ISBN 1-4020-2690-0, Г-Н 2106764
Лам, Т. Ю. (2001), Первый курс некоммутативных колец, Тексты для выпускников по математике, 131 (2-е изд.), Нью-Йорк: Springer-Verlag, стр. Xx + 385, Дои:10.1007/978-1-4419-8616-0, ISBN 0-387-95183-0, Г-Н 1838439
Ланг, Серж (1993), Алгебра (Третье изд.), Ридинг, Массачусетс: Addison-Wesley, ISBN 978-0-201-55540-0, Zbl 0848.13001 п. 443
Пирс, Бенджамин .. Линейная ассоциативная алгебра 1870.
Польчино Милиес, Сезар; Сегал, Сударшан К. (2002), Введение в групповые кольца, Алгебры и приложения, 1, Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, стр. Xii + 371, Дои:10.1007/978-94-010-0405-3, ISBN 1-4020-0238-6, Г-Н 1896125

[1] Увидеть Hazewinkel и другие. (2004), стр. 2.

[FOOTNOTEAndersonFuller1992p.69-72-2] Андерсон и Фуллер 1992, с.69-72.

[FOOTNOTELam2001p.326-3] Лам 2001, стр.326.

[4] Нетрудно найти кольца, в которых 2 необратимо. Элемент 2 не обратим ни в какой булевой алгебре, ни в каком кольце характеристика 2.

[FOOTNOTEAndersonFuller1992p.302-5] Андерсон и Фуллер 1992, с.302.

[FOOTNOTELam2001p.336-6] Лам 2001, стр.336.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]