Центрально существенные кольца
Покупка
Издательство:
ФЛИНТА
Автор:
Туганбаев Аскар Аканович
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 160
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-9765-5093-3
Артикул: 799570.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Монография является первой в мире книгой, где систематически изучаются интенсивно изучаемые математиками кольца R, являющиеся существенными расширениями модулей RC над своим центром C (центрально существенные кольца). В книге изучаются как центрально существенные ассоциативные кольца (с единицей и без единицы), так и центрально существенные полукольца и неассоциативные кольца, а также алгебраические конструкции, приводящие к таким кольцам.
Книга может служить основой специальных курсов для студентов и аспирантов, а также быть полезна профессиональным математикам и преподавателям математики.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Магистратура
- 01.04.01: Математика
- 01.04.02: Прикладная математика и информатика
- 01.04.04: Прикладная математика
- ВО - Специалитет
- 01.05.01: Фундаментальные математика и механика
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
А.А. Туганбаев ЦЕНТРАЛЬНО СУЩЕСТВЕННЫЕ КОЛЬЦА Монография Москва Издательство «ФЛИНТА» 2022
УДК 512.55 ББК 22.144 Т81 Т81 Туганбаев А.А. Центрально существенные кольца : монография / А.А. Туганбаев. — Москва : ФЛИНТА, 2022. — 160 с. — ISBN 978-5-9765-5093-3. — Текст : электронный. Монография является первой в мире книгой, где систе- матически изучаются интенсивно изучаемые математи- ками кольца R, являющиеся существенными расширени- ями модулей RC над своим центром C (центрально суще- ственные кольца). В книге изучаются как центрально суще- ственные ассоциативные кольца (с единицей и без еди- ницы), так и центрально существенные полукольца и не- ассоциативные кольца, а также алгебраические конструк- ции, приводящие к таким кольцам. Книга может служить основой специальных курсов для студентов и аспирантов, а также быть полезна профессио- нальным математикам и преподавателям математики. УДК 512.55 ББК 22.144 ISBN 978-5-9765-5093-3 © Туганбаев А.А., 2022 © Издательство «ФЛИНТА», 2022
Оглавление Введение 5 Глава 1. Полупервичные, локальные, совершенные и полуартиновы кольца ................................................... 11 1.1. Общие свойства ............................................................ 11 1.2. Полупервичные и несингулярные кольца .................. 17 1.3. Локальные и полусовершенные кольца ..................... 20 1.4. Совершенные и полуартиновы кольца ....................... 22 Глава 2. Градуированные кольца и внешние алгебры ............................................................ 26 2.1. Градуированные кольца ............................................... 26 2.2. Внешние алгебры над полями ..................................... 29 2.3. Внешние алгебры над кольцами ................................. 31 Глава 3. Конструкции колец ........................................... 36 3.1. Кольца многочленов, рядов и частных ...................... 36 3.2. Групповые кольца ........................................................ 39 3.3. Кольца частных, групповые и полугрупповые кольца ..................................................... 49 3.3.1. Кольца частных и групповые кольца .............. 49 3.3.2. Кольца частных и полугрупповые кольца ...... 56 3.4. Конструкция одного ЦС кольца .................................. 63 3.5. ЦС кольцо R с некоммутативным R/J(R) ................... 67 3.6. Локальные подалгебры треугольных алгебр ............. 71 3.7. Кольца эндоморфизмов абелевых групп .................... 81 Глава 4. Дистрибутивные и цепные кольца ................ 93 4.1. Цепные артиновы кольца ............................................ 93 4.2. Цепные нётеровы кольца ............................................. 100 4.3. Кольца с плоскими идеалами ...................................... 108 4.4. Дистрибутивные нётеровы кольца ............................. 113 Глава 5. Центрально существенные полукольца ....... 121 5.1. Общие сведения ............................................................ 121
Глава 6. Неассоциативные кольца ................................ 131 6.1. Виды центральной существенности ........................... 131 6.2. Приведенные и полупервичные кольца ..................... 135 6.3. Процесс Кэли-Диксона ................................................ 140 6.4. Процесс Кэли-Диксона и центральная существенность ................................................................... 144 6.5. Алгебры кватернионов и октонионов ........................ 148 Литература ........................................................................... 151 Некоторые обозначения ...................................................... 156 Предметный указатель ........................................................ 158
Введение Памяти Виктора Тимофеевича Маркова Во введении и главах 1–5 слово кольцо означает ассоциативное кольцо. По умолчанию предполагается, что кольцо обладает ненулевой единицей; случай не обязательно унитальных ко- лец оговаривается особо. В главе 6 слово кольцо означает не обязательно ассоциативное кольцо. Не обязательно унитальное кольцо A называется центрально существенным или ЦС кольцом, если либо A коммутативно, либо для любого нецентрального элемента a ∈ A существу- ют такие ненулевые центральные элементы x и y, что ax = y. Ясно, что любое коммутативное кольцо является централь- но существенным. Унитальное кольцо A с центром Z(A) цен- трально существенно в точности тогда, когда Z(A)-модуль A – существенное расширение Z(A)-модуля Z(A). Глядя на определение центрально существенного кольца A мо- жет показаться, что такое кольцо, возможно, коммутативно. Действительно, A обладает многими свойствами коммутатив- ных колец. Например: • все идемпотенты кольца A центральны (см. 1.1.4 ниже); • если кольцо A полупервично, то кольцо A коммутативно (см. теорему 1.2.2 ниже); • Если A – центрально существенное локальное кольцо, то 5
кольцо A/J(A) – поле и поэтому коммутативно; см. 1.3.2. • Если A – полуартиново справа или слева, центрально су- щественное кольцо, то фактор-кольцо A/J(A) коммута- тивно; см. теорему 1.4.5. Однако, центрально существенное кольцо A может быть весь- ма далеким от коммутативного кольца. Например: • фактор-кольцо A/J(A) кольца A по первичному радика- лу может не быть центрально существенным и, в частно- сти, полупервичное кольцо A/J(A) может не быть ком- мутативным (см. теорему 3.5.5); • фактор-кольца кольца A по идеалам, порожденным цен- тральными идемпотентами, не обязательно центрально существенны (см. пример 2.2.5); • фактор-кольца кольца A не обязательно центрально су- щественны (см. два предыдущих пункта); • существуют конечные некоммутативные центрально су- щественные групповые алгебры; пример 1 ниже; • существуют конечные некоммутативные центрально су- щественные внешние алгебры (см. пример 2 ниже); • существуют такие абелевы группы G без кручения ко- нечного ранга, что их кольца эндоморфизмов являются некоммутативными центрально существенными кольца- ми (см. теорему 3.7.13(c)). Пример 1. Пусть F – поле порядка 2 и G = Q8 – группа кватернионов порядка 8, т.е. G – группа с двумя образую- щими a, b и определяющими соотношениями a4 = 1, a2 = b2 и aba−1 = b−1; см. [24, Section 4.4]. Тогда групповая алгебра 6
FG – некоммутативное конечное локальное центрально суще- ственное кольцо, состоящее из 256 элементов (это следует из предложения 3.2.4 ниже). Приведем некоторые необходимые понятия. Для кольца A обозначим через Z(A) (или C(A)), J(A), N(A) и K(A) центр, радикал Джекобсона, первичный радикал и радикал Кёте (т.е. сумму всех ниль-идеалов, которая является наибольшим ниль- идеалом) соответственно. Мы также положим [a, b] = ab − ba для любых двух элементов a, b кольца A. Для группы или полугруппы X через Z(X) (или C(X)) обозначается ее центр. Пример 2. Приведем еще один пример некоммутативного конечного центрально существенного кольца. Пусть F – поле из трех элементов, V – векторное F-пространство с базисом e1, e2, e3, и пусть Λ(V ) – внешняя алгебра1 для V . Так как e1 ∧ e1 = e2 ∧ e2 = e3 ∧ e3 = 0 и любое произведение образующих равно ±произведению образующих с возрастающими индексами, Λ(V ) – конечная 8-мерная F-алгебра с базисом {1, e1, e2, e3, e1 ∧ e2, e1 ∧ e3, e2 ∧ e3, e1 ∧ e2 ∧ e3}, |Λ(V )| = 38, ek ∧ ei ∧ ej = −ei ∧ ek ∧ ej = ei ∧ ej ∧ ek. Поэтому, если x = α0 · 1 + α1 1e1 + α2 1e2 + α3 1e3+ +α1 2e1 ∧ e2 + α2 2e1 ∧ e3 + α3 2e2 ∧ e3 + α3e1 ∧ e2 ∧ e3, то [e1, x] = 2α2 1e1 ∧ e2 + 2α3 1e1 ∧ e3, [e2, x] = − 2α1 1e1 ∧ e2 + 2α3 1e2 ∧ e3, [e3, x] = − 2α1 1e1 ∧ e3 − 2α2 1e2 ∧ e3. Поэтому x лежит в центре Z(Λ(V )) алгебры Λ(V ) в точности тогда, когда α1 1 = α2 1 = α3 1 = 0, откуда центр алгебры Λ(V ) имеет размерность 5. При этом, если α1 1 ̸= 0, то x ∧ (e2 ∧ e3) = α0e2 ∧ e3 + α1 1e1 ∧ e2 ∧ e3 ∈ Z(Λ(V )) \ {0}. 1См. 2.2.1. 7
Кроме того, e2∧e3 ∈ Z(Λ(V )). Аналогичные рассуждаем, если α2 1 ̸= 0 или α3 1 ̸= 0. Поэтому Λ(V ) – конечное центрально существенное некоммутативное кольцо. Пример 3. Этот пример, утверждение (∗) и его доказательство принадлежат рецензенту статьи [43], любезно предоставившему примеры некоммутативных центрально существенных колец, возникающих из конструкции, описанной в [28]. (∗) Если B – такой идеал кольца A, что B ⊆ Z(A) и A/B – поле, то A – центрально существенное кольцо. Допустим, что A некоммутативно и a – нецентральный элемент в A. Если aB ̸= 0 то ясно, что Z(A) ∩ aZ(A) ̸= 0. Допустим противное, т.е. aB = 0. Так как a /∈ B и A/B – поле, то элемент a обратим по модулю B, т.е. sa = 1−x для некоторых s ∈ A и x ∈ B. Для любого y ∈ B имеем 0 = say = y − xy, откуда xB = B = xA, x – центральный идемпотент, и A имеет пирсовское разложение A = Ax ⊕ A(1 − x) где оба слагаемых Ax = B и A(1 − x) ∼= A/B коммутативны. Поэтому A коммутативно. Это противоречит выбору A, и (∗) верно. Остается рассмотреть простейший случай конструкции, приведенной в [28, Proposition 7] (мы сохраняем обозначения этой статьи). Пусть F = Q(x, y) – поле рациональных функций. Рассмотрим две частные производные d1 = ∂ ∂x и d2 = ∂ ∂x. Тогда кольцо A = T(F, F) матриц ⎧ ⎨ ⎩ ⎛ ⎝ f d1(f) g 0 f d2(f) 0 0 f ⎞ ⎠ f, g ∈ F ⎫ ⎬ ⎭ и его идеал B = ˆF = ⎧ ⎨ ⎩ ⎛ ⎝ 0 0 g 0 0 0 0 0 0 ⎞ ⎠ g ∈ F ⎫ ⎬ ⎭ 8
удовлетворяют условиям утверждения (∗). Приведем некоторые определения. Для модуля M цоколем Soc M называется сумма всех простых подмодулей в M; если M не содержит простых подмодулей, то Soc M = 0 по определению. Модуль M называется конечномерным (в смысле Гол- ди), если M не содержит подмодуля, который является бесконечной прямой суммой ненулевых подмодулей. Модуль M называется нетеровым (соотв., артиновым), если M не содержит бесконечную строго возрастающую (соотв., строго убывающую) цепь подмодулей. Прямые слагаемые свободных модулей называются проективными модулями. Модуль M называется наследственным, если все подмодули модуля M проективны. Модуль M называется дистрибутивным (соотв., цепным), если решетка подмодулей модуля M дистрибутивна (соотв., является цепью). Напомним, что модуль X называется существенным расширением подмодуля Y модуля X, если Y ∩Z ̸= 0 для любого ненулевого подмодуля Z в X. В этом случае Y называется существенным подмодулем модуля X. Подмодуль Y модуля X называется замкнутым (в X), если Y = Y ′ для любого подмодуля Y ′ модуля X, являющегося существенным расширением модуля Y . Кольцо A называется областью, если A не имеет ненулевых де- лителей нуля. Коммутативная область A называется дедекин- довой областью, если A – коммутативная наследственная нёте- рова область. Если A – кольцо, то собственный идеал B коль- ца A называется вполне первичным если фактoр-кольцо A/B – область. Кольцо A называется инвариантным справа (соотв., инвариантным слева), если все правые (соотв., левые) идеалы кольца A являются идеалами. Кольцо R называется полупер- вичным (соотв., первичным), если R не имеет нильпотентных ненулевых идеалов (соотв., произведение любых двух ненуле- вых идеалов кольца R не равно нулю). Кольцо R называется 9
арифметическим, если решетка его двусторонних идеалов дис- трибутивна, т.е. X ∩(Y +Z) = X ∩Y +X ∩Z для любых трех идеалов X, Y, Z кольца R. Ясно, что коммутативное кольцо дистрибутивно справа (соотв., слева) в точности тогда, когда кольцо арифметично. Элемент r кольца R называется левым неделителем нуля или регулярным справа элементом, если из соотношения rx = 0 следует соотношение x = 0 для любого x ∈ R. Заметим, что односторонние делители нуля являют- ся двусторонними делителями нуля в центрально существен- ном кольце; см. 1.1.2(a). Кольцо R имеет правое (соотв., левое) классическое кольцо частных Qcl(Rr) (соотв., Qcl(Rl)) в точно- сти тогда, когда для любых таких двух элементов a, b ∈ R, что b – неделитель нуля, существуют такие элементы c, d ∈ R, что d – неделитель нуля и bc = ad (соотв., cb = da). Если кольца Qcl(Rr) и Qcl(Rl) существуют, то они изоморфны друг другу над R. В этом случае говорят, что существует двустороннее кольцо частных Qcl(R). Для кольца R и подмножества S в R обозначим через ℓR(S) левый аннулятор {r ∈ R | rS = 0} множества S. Правый ан- нулятор rR(S) определяется аналогично. Для правого (соотв., левого) R-модуля M его вполне инвариантный подмодуль, об- разованный всеми элементами, аннуляторы которых являются существенными правыми (соотв., левыми) идеалами в R, на- зывается сингулярным подмодулем для M и обозначается через SingM. При M = RR (соотв., M = RR) идеал SingM называ- ется правым (соотв., левым) сингулярным идеалом кольца R. Необходимая информация по теории колец содержится в [61], [3], [33], [69], [26], [32]. Информацию об абелевых группах см. в [20] и [31]. Автор благодарен А.Н.Абызову и О.В.Любимцеву за участие в редактировании рукописи. 10
Глава 1 Полупервичные, локальные, совершенные и полуартиновы кольца В главе 1 слово кольцо означает ассоциативное кольцо. По умолчанию предполагается, что кольцо обладает ненулевой единицей; случай не обязательно унитальных колец оговаривается особо. 1.1 Общие свойства 1.1.1. Замечание. Если A – кольцо, в котором множество B всех левых делителей нуля является идеалом, то B – вполне первичный идеал. Пусть a, b ∈ A и ab ∈ B. Тогда существует такой элемент x ∈ A \ {0}, что abx = 0. Если bx = 0, то b ∈ B. В противном случае из соотношения a(bx) = 0 следует, что a ∈ B. 1.1.2. Неделители нуля в ЦС кольцах. Пусть A – центрально существенное кольцо. a. Каждый левый (соотв., правый) неделитель нуля a кольца 11
A – правый (соотв., левый) неделитель нуля кольца A. b. Кольцо A равномерно1 слева в точности тогда, когда A равномерно справа. c. Если кольцо A равномерно справа и B = Sing AA, то B – множество всех (левых или правых) делителей нуля кольца A и B – вполне первичный идеал кольца A. d. Если кольцо A имеет собственный идеал B, содержащий все левые делители нуля кольца A, то фактор-кольцо A/B коммутативно. e. Если идеал B кольца A содержит все центральные делители нуля кольца A, то ℓ.AnnA(B) ⊆ Z(A). a. Рассмотрим только случай, где a – левый неделитель нуля. Можно считать, что a – центральный элемент кольца A. Допустим противное. Тогда ba = 0 для некоторого ненулевого элемента b кольца A. Так как b ̸= 0, то существуют такие ненулевые центральные элементы x, y кольца A, что bx = y ̸= 0. Тогда ya = bxa = bax = 0. Получено противоречие. b. Допустим, что кольцо A равномерно справа и a1, a2 – нену- левые элементы кольца A. Существуют такие ненулевые цен- тральные элементы x1, x2, y1, y2 кольца A, что a1x1 = y1, a2x2 = y2. Тогда Aa1 ∩ Aa2 ⊇ Ax1a1 ∩ Ax2a2 = a1x1A ∩ a2x2A = y1A ∩ y2A ̸= 0. c. По определению правого сингулярного идеала все его эле- менты являются левыми делителями нуля. Наоборот, пусть a – левый или правый делитель нуля кольца A. Тогда r(a) ̸= 0 в силу первого утверждения леммы; в равномерном справа кольце, это означает, что r(a) – существенный правый идеал, т.е. a ∈ B. Теперь используем замечание 1.1.1. 1Модуль M называется равномерным, если любые два его ненулевых подмодуля имеют ненулевое пересечение. 12
Доступ онлайн
В корзину