理想按照生成方式和商环的性质分为主理想、素理想和极大理想等类型。它们之间的关系是环结构理论的核心。
主理想
由一个元素生成的理想称为主理想。在交换含幺环中,a 生成的主理想为:
(a)={ra∣r∈R}
主理想整环(PID)
若整环的每个理想都是主理想,则称为主理想整环(Principal Ideal Domain)。
| PID | 说明 |
|---|
| Z | 所有理想形如 (n) |
| F[x](F 为域) | 所有理想形如 (f(x)) |
| Z[i] | 高斯整数环 |
非 PID 的例子:F[x,y] 不是 PID——理想 (x,y) 不能由一个元素生成。2Z[x]+xZ[x] 也不是主理想。
素理想
设 P 为交换环 R 的真理想(P=R)。若满足:
ab∈P⟹a∈P 或 b∈P
则称 P 为 R 的素理想。
与素数类比:素数 p 满足 p∣ab⇒p∣a 或 p∣b;素理想 (p) 满足 ab∈(p)⇒a∈(p) 或 b∈(p)。完全相同的思想!
素理想的判定
定理:设 P 为交换环 R 的理想。则 P 是素理想 ⟺ R/P 是整环。
常见例子
| 素理想 | 环 | 商环 |
|---|
| (p)(p 素数) | Z | Zp(域) |
| (x) | F[x] | F(域) |
| (x,y) | F[x,y] | F(域) |
| (0) | 任意整环 | 整环自身 |
极大理想
设 M 为环 R 的真理想。若不存在理想 I 使 M⊊I⊊R,则称 M 为 R 的极大理想。
极大理想的判定
定理:设 M 为交换含幺环 R 的理想。则 M 是极大理想 ⟺ R/M 是域。
极大理想的存在性
任意含幺交换环 R={0} 必有极大理想(Zorn 引理)。
常见例子
| 极大理想 | 环 | 商环 |
|---|
| (p)(p 素数) | Z | Zp(域) |
| (x−a) | F[x] | F(域) |
| (x,y) | F[x,y] | F(域) |
| 核的最大化 | C[0,1] | ≅C(Gelfand-Mazur) |
三种理想的关系
定理:极大理想 ⟹ 素理想(在交换含幺环中)。反之不一定成立。
- 在 Z 中,非零素理想恰为极大理想
- 在 F[x,y] 中,(x) 是素理想但不是极大理想(商环 F[y] 是整环但不是域)
总结对比
| 理想类型 | 核心条件 | 商环性质 |
|---|
| 主理想 | 由一个元素生成 | — |
| 素理想 | ab∈P⇒a∈P 或 b∈P | 整环 |
| 极大理想 | 没有严格包含它的真理想 | 域 |