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素元定义的等价性

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abababa 发表于 2023-11-11 21:31 |阅读模式
先写两个用到的定义:
平凡因子:给定整环$R$,对任意的$a\in R$,$R$的单位和$a$的相伴元称为$a$的平凡因子。

单位和相伴元:给定整环$R$,若$\varepsilon\in R$存在乘法逆元,则称$\varepsilon$是$R$的一个单位,若$a,b\in R$满足$a=\varepsilon b$,则称$a,b$互为相伴元。

然后是素元的两个定义:
定义1:给定整环$R$和$p\in R$,若$p\neq0$且不是单位,且$p$只有平凡因子,则称$p$是$R$中的素元。
定义2:给定整环$R$和$p\in R,p\neq0$且$p$不是单位,若$p\mid ab\Rightarrow p\mid a或p\mid b$,则称$p$是$R$中的素元。

怎么证明这两个定义等价?也就是证明:在整环$R$中,$p\in R$且$p\neq0$且$p$不是单位,则$p$只有平凡因子的充要条件是:若$p\mid ab$,则或者$p\mid a$或者$p\mid b$,其中$a,b\in R$。

必要性:当$p$只有平凡因子时,由于$p\mid ab$,于是存在$c\in R$使得$ab=pc$。当$a,b$中有一个为零元时,不妨设$a=0$,则显然$a=0=0p$,于是$p\mid a$,命题成立。当$a,b$有一个为单位时,不妨设$a$是单位,由单位的定义知$a^{-1}\in R$,于是$b=p(ca^{-1})$,于是$p\mid b$,命题成立。当$a,b$都不是零元,也都不是单位时,要怎么证明?

还有充分性怎么证明?

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Czhang271828 发表于 2023-11-12 14:07
那就逆否命题, 若 $p$ 可以表示为非平凡因子的乘积 $p=rs$, 则 $p\mid rs$. 下证明不可能有 $p\mid r$ 或 $p\mid s$ 即可. 对称地考虑 $p\mid r$, 则
$$
r\mid p,\quad p\mid r,\quad p=rs
$$
表明 $s$ 是单位. 矛盾.

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 楼主| abababa 发表于 2023-11-12 19:35
本帖最后由 abababa 于 2023-11-12 19:45 编辑
Czhang271828 发表于 2023-11-12 14:07
那就逆否命题, 若 $p$ 可以表示为非平凡因子的乘积 $p=rs$, 则 $p\mid rs$. 下证明不可能有 $p\mid r$ 或 $ ...


谢谢。必要性是不是不对?是不是只有在唯一分解整环里才成立?
比如在环$\mathbb{Z}[\sqrt{-3}]$中,$2$是一个素元,显然$2\mid4=(1+\sqrt{-3})(1-\sqrt{-3})$,但推不出$2\mid(1+\sqrt{-3})$或$2\mid(1-\sqrt{-3})$。因为这个环不是唯一分解整环。

这样看来这两个定义一般不等价,在唯一分解整环里才等价。

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Czhang271828 发表于 2023-11-12 22:31
abababa 发表于 2023-11-12 19:35
谢谢。必要性是不是不对?是不是只有在唯一分解整环里才成立?
比如在环$\mathbb{Z}[\sqrt{-3}]$中,$2$ ...

你说的没错, 但提到素元, 一般就默认是 UFD 了. 一般情况下讨论元素可约与否足矣, Dedekind 整环上会用素理想代替素元.

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 楼主| abababa 发表于 2023-11-13 20:30
Czhang271828 发表于 2023-11-12 22:31
你说的没错, 但提到素元, 一般就默认是 UFD 了. 一般情况下讨论元素可约与否足矣, Dedekind 整环上会用素 ...

主楼里的定义1,其实按多数书里的定义,应该是叫“不可约元”。网友推荐我看的是张禾瑞的那本,主楼里的定义1在这本书里是叫素元。然后现在看很多其它的书,就有时感觉推不过去,近来终于发现是定义不同的原因。

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