Skip to main content

理想的类型

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

定义

由一个元素生成的理想称为主理想。在交换含幺环中,aa 生成的主理想为:

(a)={rarR}(a) = \{ra \mid r \in 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\mathbb{Z}所有理想形如 (n)(n)
F[x]F[x]FF 为域)所有理想形如 (f(x))(f(x))
Z[i]\mathbb{Z}[i]高斯整数环

非 PID 的例子F[x,y]F[x, y] 不是 PID——理想 (x,y)(x, y) 不能由一个元素生成。2Z[x]+xZ[x]2\mathbb{Z}[x] + x\mathbb{Z}[x] 也不是主理想。

素理想

定义

PP 为交换环 RR 的真理想(PRP \neq R)。若满足:

abPaP 或 bPab \in P \Longrightarrow a \in P \ \text{或}\ b \in P

则称 PPRR素理想

与素数类比:素数 pp 满足 pabpap \mid ab \Rightarrow p \mid apbp \mid b;素理想 (p)(p) 满足 ab(p)a(p)ab \in (p) \Rightarrow a \in (p)b(p)b \in (p)。完全相同的思想!

素理想的判定

定理:设 PP 为交换环 RR 的理想。则 PP 是素理想     \iff R/PR/P 是整环。

常见例子

素理想商环
(p)(p)pp 素数)Z\mathbb{Z}Zp\mathbb{Z}_p(域)
(x)(x)F[x]F[x]FF(域)
(x,y)(x, y)F[x,y]F[x, y]FF(域)
(0)(0)任意整环整环自身

极大理想

定义

MM 为环 RR 的真理想。若不存在理想 II 使 MIRM \subsetneq I \subsetneq R,则称 MMRR极大理想

极大理想的判定

定理:设 MM 为交换含幺环 RR 的理想。则 MM 是极大理想     \iff R/MR/M 是域。

极大理想的存在性

任意含幺交换环 R{0}R \neq \{0\} 必有极大理想(Zorn 引理)。

常见例子

极大理想商环
(p)(p)pp 素数)Z\mathbb{Z}Zp\mathbb{Z}_p(域)
(xa)(x - a)F[x]F[x]FF(域)
(x,y)(x, y)F[x,y]F[x, y]FF(域)
核的最大化C[0,1]C[0, 1]C\cong \mathbb{C}(Gelfand-Mazur)

三种理想的关系

定理:极大理想     \implies 素理想(在交换含幺环中)。反之不一定成立。

  • Z\mathbb{Z} 中,非零素理想恰为极大理想
  • F[x,y]F[x, y] 中,(x)(x) 是素理想但不是极大理想(商环 F[y]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abPaPab \in P \Rightarrow a \in PbPb \in P整环
极大理想没有严格包含它的真理想