ข้ามไปยังเนื้อหา

A.4 · วงแหวน อุดมการณ์ และโมดูล

GRE Subject Test · GRE Mathematics · หัวข้อ 10

ดูสไลด์ ฝึกฝน
10

ขอบเขตและเงื่อนไขก่อนเข้าเรียน

เตรียมสอบ GRE ระดับปริญญาตรี วัตถุประสงค์ภายในขอบเขต ETS ที่ทบทวนนี้คือการสอนต้นฉบับ ไม่ใช่การทดสอบหรือตัวทำนายคะแนนอย่างเป็นทางการ

ความรู้พื้นฐาน: Rings, fields, additive subgroups และ homomorphisms

  • แยกแยะ softies, zero divisors และ integral domains
  • ระบุไอเดียลและตีความวงเศษเหลือ
  • เปรียบเทียบโมดูลเหนือวงกับเวกเตอร์สเปซเหนือฟิลด์
  • ดึงคุณสมบัตินิพจน์-บูลีนออกมาโดยไม่สันนิษฐานความเป็น commutative

ideal: กลุ่มย่อยเชิงบวกของวงที่ดูดซับการคูณด้วยองค์ประกอบวงทั้งหมด

torsion: องค์ประกอบถูกทำให้เป็นศูนย์โดยสเกลาร์ที่ไม่ใช่ศูนย์ในโมดูลที่กำหนด

คำศัพท์ ฝึกฝน
English ไทย
ideal/aɪˈdɪəl/ ideal
torsion/ˈtɔːʃn/ torsion
10

เลือกใช้วิธีและให้เหตุผลประกอบ

สำหรับโดเมน ไอเดียล และตัวอย่างวงเศษเหลือด้านล่าง ให้ใช้วง commutative ที่มีเอกลักษณ์ 1 ต่างจาก 0. ปัญหาแหล่งที่มาอาจระบุวงทั่วไปแทน; อย่าสันนิษฐานว่าการคูณเป็น commutative เว้นแต่จะระบุหรือพิสูจน์ ตัวแปร (unit) มีอินเวอร์สการคูณ ตัวหารศูนย์ที่ไม่ใช่ศูนย์คูณกับองค์ประกอบที่ไม่ใช่ศูนย์บางตัวแล้วได้ศูนย์ โดเมนจำนวนเต็มไม่มีตัวหารศูนย์เช่นนี้; การตัดตัวประกอบที่ไม่ใช่ศูนย์ด้วยวิธี cancellation จึงใช้ได้ ฟิลด์เป็นโดเมนที่ทุกองค์ประกอบที่ไม่ใช่ศูนย์เป็นตัวแปร Z เป็นโดเมนแต่ไม่ใช่ ฟิลด์; Z/6Z neither.

ไอเดียล I เป็นกลุ่มย่อยเชิงบวกที่ดูดซับการคูณด้วยองค์ประกอบวงทุกตัว สิ่งนี้เข้มงวดกว่าการเป็น subring ใน Z, nZ เป็นไอเดียล; องค์ประกอบในวงเศษเหลือคือเศษเหลือจำนวนเต็ม mod n. ในวง commutative, R/I เป็นฟิลด์ก็ต่อเมื่อ I เป็น maximal, และเป็นโดเมนก็ต่อเมื่อ I เป็น prime. ไอเดียลต้องเป็น proper ในทั้งสองกรณี

โมดูลอนุญาตให้สเกลาร์มาจากวงแทนที่จะต้องการ ฟิลด์ ทุกกลุ่ม abelian เป็น Z-module โดยการบวกซ้ำๆ แต่ไม่จำเป็นต้องมี vector space basis ใน Z/6Z ในฐานะ Z-module, 6 คูณกับเศษเหลือที่ไม่ใช่ศูนย์ 1 ได้ศูนย์; นี่คือ torsion. สำหรับ vector space เหนือ ฟิลด์, สเกลาร์ที่ไม่ใช่ศูนย์เป็น invertible และไม่สามารถทำให้เวกเตอร์ที่ไม่ใช่ศูนย์เป็นศูนย์ได้

A submodule is closed under addition and all permitted scalar actions. A linear map of modules preserves both. The kernel and image are submodules, and the quotient by the kernel is isomorphic to the image. Do not apply finite-dimensional rank-nullity to an arbitrary module without establishing an appropriate free-module setting; integer row operations and field row operations permit different divisions. In a general Boolean ring, every a satisfies a²=a. Do not assume commutativity to prove it: idempotence of a+a gives 4a=2a, hence 2a=0. Expanding (a+b)²=a+b gives ab+ba=0, and characteristic two makes −ba=ba; therefore ab=ba. Idempotence does not imply nilpotence: in F2, the nonzero element 1 satisfies 1^n=1 for every positive n.

10

ตัวอย่างเหตุผลประกอบ

ใน Z/6Z, 2·3=0, ดังนั้น 2 และ 3 เป็น zero divisors Soft units คือ 1 และ 5 เพราะ gcd กับ 6 คือ 1 ใน Z, ideal 5Z ให้ field Z/5Z, ในขณะที่ 6Z ให้ quotient ที่มี zero divisors ในฐานะ Z-modules, map จาก Z ไปยัง Z/6Z มี kernel 6Z; Quotient ระบุจำนวนเต็มที่แตกต่างกันด้วยพหุคูณของ 6, แทนที่จะสร้าง real vector space

ตารางสำหรับ Z/6Z: 1 และ 5 เป็น units, 2, 3 และ 4 เป็น nonzero zero divisors, และ 0 เป็นศูนย์
ใน Z/6Z เศษเหลือเป็น unit ก็ต่อเมื่อเป็น coprime กับ 6
10

Conditions and counterexamples

เซตสามารถเป็น submodule โดยไม่เป็น vector space over the rationals Scalar division ใช้ได้ก็ต่อเมื่อ scalar inverse อยู่ภายในโครงสร้าง

10

การประยุกต์ใช้แบบมีคำแนะนำ

ใน $\mathbb Z/12\mathbb Z$ จงระบุหน่วยและตัวหารของศูนย์ที่ไม่ใช่ศูนย์ มีอิดีอัล $(4)$ เป็นอิดีอัล prime หรือ maximal?

วิธีทำตัวอย่าง

หน่วยคือเศษเหลือที่สัมประสิทธิ์ร่วมกับ 12: $1,5,7,11$ เศษเหลือที่ไม่ใช่ศูนย์ที่เหลืออยู่ $2,3,4,6,8,9,10$ คือตัวหารของศูนย์ สำหรับแต่ละ a แบบนี้, $a\cdot(12/\gcd(a,12))=0$ mod 12 โดยปัจจัยที่สองไม่เป็นศูนย์ อิดีอัล $(4)=\{0,4,8\}$ ให้ quotient ที่ isomorphic กับ $\mathbb Z/4\mathbb Z$ สิ่งนี้ไม่ใช่ domain เนื่องจาก $2\cdot2=0$ และไม่ใช่ field ดังนั้นอิดีอัล neither prime nor maximal

10

การถ่ายโอนแบบอิสระ

ในฐานะ $\mathbb Z$-module, สามารถ $\mathbb Z/6\mathbb Z$ เป็น free ได้หรือไม่ เปรียบเทียบอิดีอัล $(2)$ และ $(x)$ ใน $\mathbb Z$ และ $\mathbb Q[x]$ ตามลำดับ โดยใช้ quotients ของพวกเขา

ตรวจสอบหลังทำแบบฝึกหัดแล้ว

free $\mathbb Z$-module ที่ไม่เป็นศูนย์ไม่มีเวกเตอร์ที่ไม่ใช่ศูนย์ที่ถูก annihilate ด้วยจำนวนเต็มที่ไม่ใช่ศูนย์: ตรวจสอบพิกัดจำนวนเต็มแต่ละตัว แต่ $6[1]=0$ ใน $\mathbb Z/6\mathbb Z$. มันไม่ free; คำโต้แย้งแบบ basis แบบ field ไม่ถูกต้อง $\mathbb Z/(2)\cong\mathbb F_2$ เป็น field, ดังนั้น $(2)$ เป็น maximal และ prime การประเมินที่ศูนย์ส่ง $\mathbb Q[x]$ ไปยัง $\mathbb Q$ อย่าง surjective พร้อม kernel $(x)$; quotient ของมันก็เป็น field เช่นกัน ทั้งสองคำโต้แย้งใช้ proper ideals ใน commutative rings with identity

บทเรียนเชิงโต้ตอบสำหรับหัวข้อนี้

ทำทีละขั้นตอน พร้อมแบบฝึกหัดตรวจสอบผลทันที

หัวข้อเพิ่มเติมใน GRE Subject Test · GRE Mathematics

เข้าสู่ระบบหรือสร้างบัญชี

IGCSE, A-Level & AP