局所化・局所環

簡単な例で実験。$A=\mathbb{Z}$を有理整数環,その素イデアルとして,
\[ \mathfrak{p} = (2) = 2\mathbb{Z} \]
を取る。
$S=A-\mathfrak{p}$は乗法に関して閉じているから,局所化$S^{-1}A$を考えることができる。
これは,素点$\mathfrak{p}$における局所環と呼ばれ,慣例に従って$A_{\mathfrak{p}}$と書かれる。
$S$は具体的には奇数全体からなる部分集合なので,この場合,
\[ A_{\mathfrak{p}} = \left\lbrace \frac{a}{b} \Bigm\vert \text{$a$は整数}, \text{$b$は奇数} \right\rbrace \]
となる。
$B=A_{\mathfrak{p}}$とおいて,$B$のイデアル$\mathfrak{a}$を考える。もし,$\frac{a}{b}$ ($a$も$b$も奇数) なる元を$\mathfrak{a}$が含めば,$\frac{b}{a} \in B$であるから,$1=\frac{b}{a}\cdot\frac{a}{b} \in \mathfrak{a}$となり,$\mathfrak{a}=B$になってしまう。よって,真のイデアル$\mathfrak{a}$に含まれる元$\frac{a}{b}$は,$a$が偶数,$b$が奇数の形に限る。そこで,このような$\frac{a}{b}$のうち,分子の$a$に含まれる素数$2$の個数の最小値を$n$とすれば,
\[ \mathfrak{a} = (2^{n}) = 2^{n}B = \left\lbrace \frac{2^{n}a}{b} \Bigm\vert \text{$a$は整数}, \text{$b$は奇数} \right\rbrace \]
これから,次が分かる。$B$はただ1つの極大イデアル
\[ \mathfrak{m} = (2) = 2B = \left\lbrace \frac{2a}{b} \Bigm\vert \text{$a$は整数}, \text{$b$は奇数} \right\rbrace \]
を持ち,その他のイデアル$\mathfrak{a}$は$\mathfrak{a}=\mathfrak{m}^{n}$と表される。

以上,おそらくは一番簡単な局所環の例。手持ちの教科書ではここまで簡単な例は載っていない(多分)。非常に単純だが,2以外の素数がつぶれてしまう様子が良く分かり,局所環という名称がふさわしいことが理解できる。

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