素元

更新时间:2021-07-25 20:49

数学里,尤其是在抽象代数里,交换环的素元(prime element)是指满足类似整数里的素数不可约多项式之性质的一个数学物件。须注意的是,素元与不可约元素之间并不相同,虽然在唯一分解整环里是一样的,但在一般情况下则不一定相同。

定义

交换环R 的元素 p 被称为素元,若该元素不为 0 或单位元,且若 p整除ab(a 与 b 为 R 内的元素),则 p 整除 a 或 p 整除 b。等价地说,一元素 p 为素元,当且仅当由 p 产生的主理想(p) 为非零素理想

对素元的兴趣来自于算术基本定理。该定理断言,每个非零整数都可以以唯一一种方式写成 1 或 -1 乘上一串正素数之乘积。这导致了对唯一分解整环的研究,推广了仅在整数内被描述之概念。

一个元素是否为素元,取决于该元素处于哪个环内;例如,2在 Z 里是个素元,但在高斯整数环 Z[i] 里则不是,因为 2 = (1 + i)(1 - i) 且 2 无法整除等式右边的任一因子。

整环

一个环是一个集合 A 以及它上面的两种运算,分别称为“加法”(+)和“乘法”(*),满足以下条件:

1、A 关于加法成为一个 Abel 群(其零元素记作 0);

2、乘法满足结合律:(a * b) * c = a * (b * c);

3、乘法对加法满足分配律:a * (b + c) = a * b + a * c, (a + b) * c = a * c + b * c;

如果环 A 还满足以下乘法交换律,则称为“交换环”:

4、乘法交换律:a * b = b * a。

如果交换环 A 还满足以下两条件,就称为“整环”:

5、A 中存在非零的乘法单位元,即存在 A 中的一个元素,记作 1,满足:1 不等于 0,且对任意 a,有:1 * a = a * 1 = a;

6、ab=0 => a=0 或 b=0。

例:

1、整数环是整环。

2、整环上的多项式环仍是整环。

3、当 n>1 时,任意环上的n阶矩阵环不是整环。

与素理想

环 R 内的一个理想 I 为素理想,若商环 R/I 为一整环

一非零主理想为素理想,当且仅当该主理想由一素元所产生。

不可约元素

不可将素元与不可约元素搞混。在一整环里,每个素元都是不可约元素,但反之不一定成立。不过,在唯一分解整环(或更一般地,在GCD环)里,素元与不可约元素会是相同的元素。

举例来说,在二次整数环中,可以用范数证明 3 是不可约元素。不过,3 不是素元,因为

但 3 无法整除,也无法整除 。

例子

下面为环里的素元之例子:

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