Ideal (teori gelanggang)

Dalam teori gelanggang, sebuah cabang dari aljabar abstrak, ideal dari gelanggang adalah himpunan bagian khusus dari elemen. Ideal menggeneralisasi himpunan bagian tertentu dari bilangan bulat, seperti bilangan genap atau kelipatan 3. Penambahan dan pengurangan bilangan genap mempertahankan kemerataan, dan mengalikan bilangan genap dengan bilangan bulat lainnya menghasilkan bilangan genap lainnya; penutupan dan sifat absorpsi adalah sifat yang menentukan dari suatu ideal. Ideal dapat digunakan untuk gelanggang hasil bagi dengan cara yang sama di teori grup, subgrup normal dapat digunakan untuk grup hasil bagi.

Di antara bilangan bulat, yang ideal sesuai satu-untuk-satu dengan bilangan bulat non-negatif: dalam gelanggang, ideal adalah ideal pokok yang terdiri dari kelipatan satu bilangan non-negatif. Namun, dalam gelanggang lain, ideal mungkin tidak sesuai langsung dengan elemen gelanggang, dan sifat bilangan bulat tertentu, ketika digeneralisasikan ke gelanggang, lebih alami melekat pada ideal dari elemen. Misalnya, ideal prima gelanggang dianalogikan dengan bilangan prima, dan Teorema sisa bahasa Cina dapat digeneralisasikan menjadi ideal. Ada versi faktorisasi prima unik untuk ideal domain Dedekind (jenis gelanggang yang penting dalam teori bilangan).

Terkait, tetapi berbeda, konsep dari ideal dalam teori orde diturunkan dari gagasan ideal dalam teori gelanggang. Sebuah ideal pecahan adalah generalisasi dari suatu ideal, dan ideal biasa kadang-kadang disebut ideal integral untuk kejelasan.

Sejarah 
Ernst Kummer menemukan konsep bilangan ideal yang berfungsi sebagai faktor "hilang" dalam bilangan ideal di mana faktorisasi; di sini kata "ideal" dalam arti berada dalam imajinasi saja, dalam analogi dengan benda "ideal" dalam geometri seperti titik pada tak terhingga.
Pada tahun 1876, Richard Dedekind menggantikan konsep Kummer yang tidak terdefinisi dengan rangkaian bilangan konkret, rangkaian yang disebut ideal, dalam edisi ketiga buku Dirichlet Vorlesungen über Zahlentheorie, yang mana Dedekind telah menambahkan banyak suplemen.
Kemudian gagasan itu diperluas melampaui bilangan gelanggang ke pengaturan gelanggang polinomial dan gelanggang komutatif lainnya oleh David Hilbert dan terutama Emmy Noether.

Definisi dan motivasi 
Untuk gelanggang alternatif , maka  jadilah grup aditif. Himpunan bagian  disebut kiri ideal dari  bila subgrup aditif dari  yang "menyerap perkalian dari kiri oleh elemen "; artinya,  adalah kiri ideal bila memenuhi dua kondisi berikut:
  adalah subgrup dari 
 Untuk  dan , produk  adalah .

Ideal kanan didefinisikan dengan  digantikan oleh . Ideal dua sisi adalah ideal kiri yang juga ideal kanan, dan kadang-kadang disebut ideal. Dalam bahasa modul, definisi berarti bahwa ideal kiri (resp. Kanan, dua sisi) dari  R  adalah kiri (resp. Kanan, bi-) submodul-R dari  R  ketika  R  dilihat sebagai modul  R . Ketika  R  adalah gelanggang komutatif, definisi ideal kiri, kanan, dan dua sisi bertepatan, dan istilah ideal.

Untuk memahami konsep ideal, perhatikan bagaimana ideal muncul dalam konstruksi gelanggang "elemen modulo".  Untuk konkretnya, lihat gelanggang ℤn dari bilangan bulat modulo bilangan bulat tertentu n ∈ ℤ (perhatikan bahwa ℤ adalah gelanggang komutatif). Pengamatan utama di sini adalah yang kita dapatkan ℤn dengan mengambil garis bilangan bulat ℤ dan berbagai bilangan bulat dapat diidentifikasi. Dalam melakukannya, kita harus memenuhi dua persyaratan: 1)  n  harus diidentifikasikan dengan 0 karena  n  kongruen dengan 0 modulo  n , dan 2) struktur yang dihasilkan harus berupa gelanggang. Persyaratan kedua kita membuat identifikasi tambahan (yaitu, menentukan cara yang tepat di mana kita harus membungkus ℤ ). Gagasan tentang ideal muncul ketika kita mengajukan pertanyaan:  Jawabannya, himpunan  dari semua bilangan bulat kongruen dengan 0 modulo  n . Artinya, kita harus membungkus ℤ di sekitar, sehingga bilangan bulat..., , , , , ... akan sejajar dengan 0. Bila kita melihat sifat apa yang harus dipenuhi oleh himpunan ini untuk memastikannya ℤn adalah sebuah gelanggang, maka kita sampai pada definisi ideal. Memang, seseorang dapat secara langsung memverifikasi bahwa nℤ adalah ideal dari ℤ.

Remark. Identifikasi dengan elemen selain 0 juga perlu dilakukan. Misalnya, elemen dalam  harus diidentifikasi dengan 1, elemen dalam  harus diidentikkan dengan 2, dan seterusnya. Maka, secara ditentukan oleh nℤ karena ℤ adalah grup aditif.

Contoh dan sifat 
Beberapa hasil dinyatakan hanya untuk ideal kiri tetapi biasanya juga berlaku untuk ideal kanan dengan perubahan notasi yang sesuai.
 Dalam gelanggang  R , himpunan  R  itu sendiri membentuk ideal dua sisi dari  R  yang disebut unit ideal. Dilambangkan dengan  karena ini merupakan ideal dua sisi yang dihasilkan (lihat di bawah) oleh kesatuan . Juga, himpunan  hanya terdiri dari identitas aditif 0R membentuk ideal dua sisi yang disebut nol ideal dan dilambangkan dengan . Setiap ideal (kiri, kanan atau dua sisi) berisi ideal nol dan terdapat dalam unit ideal.
 Sebuah ideal (kiri, kanan atau dua sisi) yang bukan unit ideal disebut ideal proper (karena ini adalah himpunan bagian proper). Catatan: ideal kiri  tepat jika dan hanya jika tidak mengandung elemen unit, karena jika  adalah elemen unit, maka  adalah . Biasanya ada banyak cita-cita yang tepat. Faktanya, jika  R  adalah bidang miring, maka  adalah satu-satunya ideal dan sebaliknya: artinya, gelanggang bukan nol  R  adalah bidang miring jika  adalah satu-satunya ideal kiri (atau kanan). (Bukti: jika  adalah elemen bukan nol, maka ideal kiri utama  (lihat di bawah) adalah bukan nol dan dengan ; yaitu,  untuk beberapa  bukan nol. Demikian pula,  untuk beberapa  bukan nol. Kemudian .)
 Bilangan bulat genap membentuk ideal dengan gelanggang  dari semua bilangan bulat; dilambangkan dengan . Karena jumlah dari semua bilangan bulat genap, dan hasil kali dari bilangan bulat apa pun dengan bilangan bulat genap juga genap. Demikian pula, himpunan semua bilangan bulat habis dibagi dengan bilangan bulat tetap  n  adalah ideal dilambangkan .
 Himpunan dari semua polinomial dengan koefisien riil yang habis dibagi oleh polinomial x2 + 1 adalah ideal di atas semua polinomial.
 Himpunan semua n-oleh-n matriks yang baris terakhirnya nol membentuk ideal kanan di ring semua matriks n-oleh-n. Ini bukanlah ideal kiri. Himpunan dari semua matriks n-oleh-n yang  kolom  terakhirnya nol membentuk ideal kiri tetapi bukan ideal kanan.
 Gelanggang  dari semua fungsi kontinu s  f  dari  ke  di bawah perkalian pointwise berisi ideal dari semua fungsi kontinu  f  sehingga f(1) = 0. Ideal lain dalam  diberikan oleh fungsi-fungsi yang menghilang untuk argumen yang cukup besar, yaitu fungsi berkelanjutan  f  yang memiliki bilangan L > 0 seperti f(x) = 0 adalah  > L.
 Sebuah gelanggang disebut gelanggang sederhana jika bukan nol dan tidak memiliki dua sisi ideal selain . Jadi, bidang miring sederhana dan gelanggang komutatif sederhana adalah bidang. Gelanggang matriks di atas bidang miring adalah gelanggang sederhana.

Jenis ideal 
Untuk menyederhanakan deskripsi, semua gelanggang diasumsikan komutatif. Kasus non-komutatif dibahas secara rinci di artikel masing-masing.

Ideal penting karena mereka muncul sebagai inti dari homomorfisme gelanggang dan memungkinkan seseorang untuk menentukan gelanggang faktor. Berbagai jenis ideal dipelajari karena dapat digunakan untuk membangun berbagai jenis gelanggang faktor.

 Ideal maksimal: Ideal  I  disebut ideal maksimal jika tidak ada ideal lain  J  dengan  I  himpunan bagian yang tepat dari  J . Gelanggang faktor dari ideal maksimal adalah gelanggang sederhana secara umum dan bidang untuk gelanggang komutatif.
 Ideal minimal: Ideal bukan-nol disebut minimal jika tidak mengandung ideal bukan-nol lainnya.
 Ideal prima: Ideal  I  disebut ideal utama jika  a  dan  b  di  R , jika  ab  dengan  I , maka setidaknya satu dari  a  dan  b  ada di  I .
 Ideal radikal atau ideal semiprima: Sebuah ideal  I  disebut radikal atau semiprima jika untuk  a  dalam  R , jika an dengan  I  untuk beberapa  n , maka  a  dengan  I .
 Ideal primer
 Ideal prinsip
 Ideal generasi finiter
 Ideal primitif
 Ideal ireduksi
 Comaximal ideals: Dua ideal  dikatakan sebagai komaksimal if  untuk beberapa  dan .
 Ideal biasa
 Ideal Nil
 Ideal nilpoten
 Ideal parameter: ideal yang dihasilkan oleh sistem parameter.

Operasi ideal 
Jumlah dan produk ideal didefinisikan sebagai berikut. Untuk  dan , kiri (resp. kanan) ideal dari sebuah gelanggang  R , jumlahnya adalah

,
yang merupakan ideal kiri (resp. kanan),
dan, jika  are two-sided,

yaitu produk adalah ideal yang dihasilkan oleh semua produk dalam bentuk  ab  dengan  a  adalah  dan  b  adalah .

Catatan  adalah ideal kiri (resp. kanan) terkecil keduanya  and  (atau satuan ), sedangkan produk  terkandung  dan .

Hukum distributif berlaku untuk ideal dua sisi ,
,
.
Jika suatu perkalian diganti dengan sebuah persimpangan, hukum distributif parsial berlaku:

dimana kesetaraan jika  dengan  atau .

Catatan: Jumlah dan ideal; dengan dua operasi sebagai gabung dan temu, himpunan semua ideal dari sebuah gelanggang membentuk sebuah lengkap kisi modular. Kisi pada umumnya bukan merupakan kisi distributif. Tiga operasi perpotongan, penjumlahan (atau penggabungan), dan hasil kali membuat himpunan ideal dari sebuah gelanggang komutatif menjadi sebuah kuantale.

Contoh operasi ideal 
Dalam 

maka  adalah himpunan bilangan bulat yang dapat dibagi oleh  dan .

Maka  dan . Sehingga,
  dan 
 
 
  sedangkan 
Dalam perhitungan pertama, kita melihat pola umum untuk mengambil jumlah dari dua ideal yang dihasilkan hingga, itu adalah ideal yang dihasilkan oleh penyatuan generator mereka. Dalam tiga yang terakhir kami mengamati bahwa produk dan persimpangan setuju setiap kali dua ideal berpotongan dalam ideal nol. Perhitungan ini dapat diperiksa menggunakan Macaulay2.

Radikal dari gelanggang 

Ideal muncul secara alamiah dalam pembelajaran modul, terutama yang berbentuk radikal.

Karena  R  menjadi gelanggang komutatif. Menurut definisi, ideal primitif dari  R  adalah annihilator dari a (bukan nol) sederhana modul- R . Radikal Jacobson  of R adalah persimpangan dari semua cita-cita primitif. Sama halnya,

Memang, jika  adalah modul sederhana dan  x  adalah elemen bukan nol di  M , maka  dan , berarti  adalah ideal maksimal. Sebaliknya jika  adalah ideal maksimal, maka  adalah annihilator dari modul sederhana . Ada juga penokohan lain (buktinya tidak sulit):

Untuk gelanggang yang tidak perlu komutatif, ini adalah fakta umum bahwa  adalah elemen unit jika dan hanya jika  adalah (lihat link) dan karakterisasi terakhir ini menunjukkan bahwa radikal dapat didefinisikan baik dari segi ideal primitif kiri dan kanan.

Fakta sederhana namun penting berikut (lemma Nakayama) adalah bawaan dari definisi radikal Jacobson: jika  M  adalah modul sehingga , maka  M  tidak menerima submodul maksimal, karena jika ada submodul maksimal ,  dan , sebuah kontradiksi. Karena bukan nol modul finiter hingga menerima submodul maksimal, khususnya, yang satu memiliki:
Jika  dan  M  dibuat tak terbatas 

Ideal maksimal adalah ideal utama dan begitulah yang dimilikinya

dimana perpotongan di sebelah kiri disebut nilradikal dari  R . Ternyata,  juga himpunan elemen nilpoten dari  R .

Jika  R  adalah gelanggang Artinian, maka  adalah nilpoten dan . (Bukti: catatan pertama DCC menyiratkan  untuk beberapa  n . Jika (DCC)  adalah ideal minimal yang terakhir, lalu . Itu adalah, , kontradiksi.)

Lihat pula 
 Aritmetika modular
 Teorema isomorfisme noether
 Teorema ideal prima Boolean
 Teori ideal
 Ideal (teori urutan)
 Norma ideal
 Pemisah ideal utama dalam ekstensi Galois
 Berkas ideal

Catatan

Referensi 

Atiyah, M. F. and Macdonald, I. G., Introduction to Commutative Algebra, Perseus Books, 1969, 
 
 Michiel Hazewinkel, Nadiya Gubareni, Nadezhda Mikhaĭlovna Gubareni, Vladimir V. Kirichenko. Algebras, rings and modules. Volume 1. 2004. Springer, 2004.

Pranala luar 

 
Struktur aljabar
Aljabar komutatif
Teori bilangan aljabar