Ranah integral

Dalam matematika, khususnya aljabar abstrak, sebuah **ranah integral** atau **domain integral** adalah gelanggang komutatif bukan nol di mana produk dari dua elemen bukan nol yang merupakan bukan nol. Ranah integral adalah generalisasi dari gelanggang bilangan bulat dan pengaturan untuk mempelajari keterbagian. Dalam ranah integral, setiap elemen bukan nol *a* memiliki sifat pembatalan, yaitu jika , persamaan  mengartikan .

"Ranah integral" didefinisikan hampir secara universal sebagai contoh di atas, tetapi terdapat beberapa variasi. Artikel ini menggunakan konvensi bahwa gelanggang memiliki identitas perkalian, umumnya dilambangkan dengan 1, tetapi beberapa penulis tidak menggunakan ini, dengan tidak mewajibkan ranah integral untuk memiliki identitas perkalian. Ranah integral nonkomutatif terkadang diterima. Artikel ini, menggunakan konvensi yang jauh lebih umum tentang penggunaan istilah "ranah integral" untuk kasus komutatif dan menggunakan "ranah" untuk kasus umum termasuk gelanggang nonkomutatif.

Beberapa sumber, terutama Lang, menggunakan istilah **seluruh gelanggang** untuk ranah integral.

Beberapa jenis domain integral tertentu diberikan dengan rantai berikut inklusi kelas:

## Definisi
*Ranah integral* adalah gelanggang komutatif bukan nol di mana produk dari dua elemen bukan nol adalah bukan nol.  Ekuivalen:
* Ranah integral adalah gelanggang komutatif bukan nol tanpa nol pembagi nol.
* Ranah integral adalah gelanggang komutatif di mana nol ranah {0} adalah ranah prima.
* Ranah integral adalah gelanggang komutatif bukan nol untuk setiap elemen bukan nol pembatalannya dalam perkalian.
* Ranah integral adalah sebuah gelanggang untuk himpunan elemen bukan nol yang merupakan komutatif monoid dalam perkalian (karena sebuah monoid tertutup di bawah perkalian).
* Ranah integral adalah gelanggang komutatif bukan nol di mana setiap elemen bukan nol *r*, fungsi yang memetakan setiap elemen *x* dari gelanggang ke produk *xr* adalah injeksi. Elemen *r* dengan sifat ini disebut *regular*, jadi ekuivalen dengan mensyaratkan setiap elemen bukan nol dari gelanggang menjadi reguler.
* Ranah integral adalah sebuah gelanggang yang isomorfik ke subgelanggang dari medan. Diberikan domain integral, untuk menyematkan dalam medan pecahan.

## Contoh

* Contoh pola dasar adalah gelanggang \Z dari semua bilangan bulat.
* Setiap medan adalah ranah integral. Misalnya, medan \R dari semua bilangan riil adalah ranah integral. Sebaliknya, setiap ranah integral Artinian adalah medan. Secara khusus, semua ranah integral hingga adalah medan hingga (lebih umum, oleh teorema kecil Wedderburn, ranah hingga adalah Medan hingga). Gelanggang bilangan bulat \Z diberikan contoh ranah integral tak hingga non-Artinian yang bukan medan, memiliki urutan ranah yang menurun tak hingga, sebagai:

::\Z \supset 2\Z \supset \cdots \supset 2^n\Z \supset 2^{n+1}\Z \supset \cdots

* Gelanggang polinomial adalah ranah integral, jika koefisien berasal dari ranah integral. Misalnya, gelanggang \Z[x] dari semua polinomial dalam satu variabel dengan koefisien bilangan bulat adalah ranah integral; begitu pula dengan gelanggang \Complex[x_1,\ldots,x_n] dari semua polinomial dalam variabel-*n* dengan koefisien kompleks.
* Contoh sebelumnya dapat dieksploitasi lebih lanjut dengan mengambil hasil bagi dari ideal utama. Misalnya, gelanggang \Complex[x,y]/(y^2 - x(x-1)(x-2)) dengan medan kurva elips adalah domain integral. Integralitas dapat ditunjukkan dengan y^2 - x(x-1)(x-2) yang merupakan polinomial tak tersederhanakan.
* Gelanggang \Z[x]/(x^2 - n) \cong \Z[\sqrt{n}] adalah ranah integral untuk bilangan bulat yang bukan kuadrat n. Jika n > 0 maka gelanggang ini merupakan subgelanggang dari \R, jika tidak, ini adalah subgelanggang dari \Complex.
* Gelanggang bilangan bulat p-adik \Z_p adalah ranah integral.
* Jika U adalah himpunan bagian terbuka yang terhubung dari bidang kompleks \Complex, maka gelanggang \mathcal{H}(U) terdiri dari semua fungsi holomorfik adalah ranah integral. Hal yang sama berlaku untuk gelanggang fungsi analitik pada himpunan bagian terbuka yang terhubung dari lipatan analitik yang terhubung.
* Gelanggang lokal reguler adalah ranah integral. Faktanya, gelanggang lokal biasa adalah RFU.

## Bukan contoh
Gelanggang berikut adalah ranah integral *bukan* contoh.

* Gelanggang nol yang merupakan 0=1.
* Gelanggang hasil bagi \Z/m\Z ketika *m* adalah bilangan komposit. Memilih faktorisasi m = xy: artinya x dan y tidak sama dengan 1 or m. Maka x \not\equiv 0 \bmod{m} dan y \not\equiv 0 \bmod{m}, melainkan xy \equiv 0 \bmod{m}.
* Produk adalah dua gelanggang komutatif bukan nol. Dalam produk R \times S, memiliki (1,0) \cdot (0,1) = (0,0).
* Gelanggang hasil bagi \Z[x]/(x^2 - n^2) untuk n \in \mathbb{Z}. Citra dari x+n dan x-n adalah bukan nol, sedangkan produknya adalah 0 di gelanggang ini.
* Gelanggang dari  matriks *n* × *n* untuk setiap gelanggang bukan nol *n* ≥ 2. Jika M dan N adalah matriks sedemikian rupa sehingga citra N dimuat dalam kernel M, maka MN = 0. Misalnya, untuk M = N = (\begin{smallmatrix} 0 & 1 \\ 0 & 0 \end{smallmatrix}).
* Gelanggang hasil bagi k[x_1,\ldots,x_n]/(fg) untuk setiap medan k dan semua polinomial tidak konstan f,g \in k[x_1,\ldots,x_n]. Citra dari  dan  dalam gelanggang hasil bagi ini adalah elemen bukan nol yang hasil kalinya 0. Argumen ini menunjukkan, secara ekuivalen, bahwa (fg) bukanlah prima ideal. Interpretasi geometris dari hasil ini adalah bahwa nol dari  bentuk himpunan aljabar affin yang tidak direduksi (yaitu, bukan variasi aljabar) secara umum. Satu-satunya kasus di mana himpunan aljabar ini mungkin tidak direduksi adalah ketika  adalah pangkat dari polinomial tak tereduksi, yang mendefinisikan himpunan aljabar yang sama.
* Gelanggang fungsi kontinu pada interval unit. Pertimbangkan fungsi
:: f(x) = \begin{cases} 1-2x & x \in \left [0, \tfrac{1}{2} \right ] \\ 0 & x \in \left [\tfrac{1}{2}, 1 \right ] \end{cases} \qquad g(x) = \begin{cases} 0 & x \in \left [0, \tfrac{1}{2} \right ] \\ 2x-1 & x \in \left [\tfrac{1}{2}, 1 \right ] \end{cases}
:Baik f maupun g terdapat dimana-mana adalah nol, tetapi fg ada.

* Produk tensor \Complex \otimes_{\R} \Complex. Gelanggang ini memiliki dua non-trivial idempoten, e_1 = \tfrac{1}{2}(1 \otimes 1) - \tfrac{1}{2}(i \otimes i) and e_2 = \tfrac{1}{2}(1 \otimes 1) + \tfrac{1}{2}(i \otimes i). Salah satu dari semua adalah ortogonal, artinya e_1e_2 = 0, dan karenanya \Complex \otimes_{\R} \Complex bukan ranah. Faktanya, terdapat isomorfisme \Complex \times \Complex \to \Complex \otimes_{\R} \Complex didefinisikan oleh (z, w) \mapsto z \cdot e_1 + w \cdot e_2. Kebalikannya yang ditentukan oleh z \otimes w \mapsto (zw, z\overline{w}). Contoh ini menunjukkan bahwa produk serat dari skema affin yang tidak direduksi tidak perlu tereduksi.

## Keterbagian, elemen utama, dan elemen yang tidak direduksi

Di bagian ini, *R* adalah ranah integral.

Diberikan elemen *a* dan *b* dari *R*, bahwa *a* *dibagi* *b*, atau bahwa *a* adalah *[[Keterbagian (teori gelanggang)|pembagi]]* dari *b*, atau *b* adalah *kelipatan* dari *a*, jika elemen *x* dalam *R* sedemikian rupa sehingga .

*[[Unit (teori gelanggang)|Unit]]* dari *R* adalah elemen yang membagi 1; tepatnya elemen invers di *R*. Unit membagi semua elemen lainnya.

Jika *a* membagi *b* dan *b* membagi *a*, maka *a* dan *b* adalah **elemen asosiasi** atau **asosiasi**.  Secara ekuivalen, *a* dan *b* adalah asosiatif jika  untuk beberapa unit *u*.

*[[Elemen tak tereduksi]]* adalah bukan nol yang tidak dapat dituliskan sebagai produk dari dua bukan satuan.

Bukan nol bukan unit *p* adalah *[[elemen prima]]*, jika setiap *p* membagi produk *ab*, maka *p* membagi *a* atau *p* membagi *b*. Secara ekuivalen, elemen *p* adalah bilangan prima jika dan hanya jika ideal utama (*p*) adalah ideal prima bukan nol.

Kedua gagasan tentang elemen tak tersederhanakan dan elemen prima menggeneralisasi definisi biasa dari bilangan prima di gelanggang \Z, jika kita menganggap bilangan prima negatif sebagai prima.

Setiap elemen utama tidak direduksi. Kebalikannya tidak benar secara umum: misalnya, dalam gelanggang bilangan bulat kuadrat \Z\left[\sqrt{-5}\right] elemen 3 tidak direduksi (jika difaktorkan secara nontrivial, faktor tersebut harus memiliki norma 3, tetapi tidak ada elemen norma 3 karena a^2+5b^2=3 tidak memiliki solusi bilangan bulat), tetapi tidak prima (karena 3 membagi \left(2 + \sqrt{-5}\right)\left(2 - \sqrt{-5}\right) tanpa membagi salah satu faktor). Dalam domain faktorisasi unik (atau lebih umum, ranah GCD), elemen yang tidak direduksi adalah elemen prima.

Sementara faktorisasi unik tidak berlaku \Z\left[\sqrt{-5}\right], terdapat faktorisasi unik dari ideal. Lihat teorema Lasker–Noether.

## Sifat
* Gelanggang komutatif *R* adalah domain integral jika dan hanya jika ideal (0) dari *R* adalah ideal prima.
* Jika *R* adalah gelanggang komutatif dan *P* adalah ideal dalam *R*, maka gelanggang hasil bagi *R/P* adalah ranah integral jika dan hanya jika *P* adalah prima ideal.
* Misalkan *R* sebagai ranah integral. Maka gelanggang polinomial di atas *R* (dalam jumlah tak tentu) adalah ranah integral. Ini khususnya terjadi jika *R* adalah medan.
* Sifat pembatalan berlaku dalam setiap ranah integral: untuk setiap *a*, *b*, dan *c* dalam ranah integral, jika *a* ≠ *0* dan *ab* = *ac* maka *b* = *c*. Cara lain untuk menyatakan ini adalah fungsi *x*  *ax* adalah injektif untuk sembarang *a* bukan nol dalam ranah.
* Sifat pembatalan berlaku untuk ideal dalam ranah integral: jika *xI* = *xJ*, maka salah satu *x* adalah nol atau *I* = *J*.
* Ranah integral sama dengan perpotongan lokalisasi pada ideal maksimalnya.
* Limit induktif dari ranah integral merupakan ranah integral.
* Jika A, B adalah ranah integral di atas medan tertutup aljabar *k*, maka A \otimes_k B adalah ranah integral. Ini adalah konsekuensi dari nullstellensatz Hilbert, dan, dalam geometri aljabar, ini menyiratkan pernyataan bahwa gelanggang koordinat dari hasil kali dua varietas aljabar affin di atas medan tertutup secara aljabar merupakan ranah integral.

## Medan pecahan

Medan pecahan *K* dari ranah integral *R* adalah himpunan pecahan *a*/*b* dengan *a* dan *b* dalam *R* dan *b* ≠ 0 modulo relasi ekuivalen yang sesuai, dilengkapi dengan operasi penjumlahan dan perkalian biasa. Ini adalah "bidang terkecil yang mengandung *R*" dalam arti bahwa terdapat homomorfisme gelanggang injeksi  sedemikian rupa, maka setiap homomorfisme gelanggang injeksi dari *R* ke faktor medan melalui *K*. Medan pecahan gelanggang bilangan bulat \Z adalah medan bilangan rasional \Q. Medan pecahan suatu bidang adalah isomorfik ke medan itu sendiri.

## Karakteristik dan homomorfisme

Karakteristik dari ranah integral adalah 0 atau bilangan prima.

Jika *R* adalah ranah integral dari karakteristik prima *p*, maka endomorfisme Frobenius *f*(*x*) = *x**p* adalah injektif.

## Lihat pula

* Norma Dedekind–Hasse - struktur tambahan yang diperlukan untuk ranah integral menjadi prinsipal
* Sifat produk nol

## Catatan

## Referensi
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* B.L. van der Waerden, Algebra, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 1966.

## Pranala luar
*