環同態

環同態

環同態,在環論或抽象代數中,是指兩個環R與S之間的映射f保持兩個環的加法與乘法運算。

定義

在環論或抽象代數中, 環同態是指兩個環R與S之間的映射f保持兩個環的加法與乘法運算。

更加精確地,如果 R和 S是環,則環同態是一個函式 f : R → S,使得:

•f(a + b) = f(a) + f(b),對於R內的所有a和b;

•f(ab) = f(a) f(b),對於R內的所有a和b;

•f(1) = 1。

如果我們不要求環具有乘法單位元,則最後一個條件不需要。

性質

直接從這些定義,我們可以推出:

•f(0) = 0

•f(−a) = −f(a)

•如果a在R內具有乘法逆元,則f(a)在S內具有乘法逆元,且有f(a) = (f(a))。

•f的核,定義為ker(f) = {ainR:f(a) = 0},是R內的一個理想。每一個交換環R內的理想都可以從某個環同態用這種方法得出。對於具有單位元的環,環同態的核是一個沒有單位元的子環。

•環同態f是單射,若且唯若ker(f) = {0}。

•f的像,im(f),是S的一個子環。

•如果f是雙射,那么它的逆映射f也是環同態。在這種情況下,f稱為同構。在環論的立場下,同構的環不能被區分。

•如果存在一個環同態f:R→S,那么S的特徵整除R的特徵。這有時候可以用來證明在一定的環R和S之間,不存在環同態R→S。

•如果R是一個域,則f要么是單射,要么是零函式。(但是,如果f保持乘法單位元,則它不能是零函式)。

•如果R和S都是域,則im(f)是S的一個子域(如果f不是零函式)。

•如果R和S是交換環,S沒有零因子,則ker(f)是R的一個素理想。

•如果R和S是交換環,S是一個域,且f是滿射,則ker(f)是R的一個最大理想。

•對於每一個環R,都存在一個唯一的環同態Z→R。這就是說,整數環是環範疇中的始對象。

例子

•函式f:Z→Z,由f(a) = [a]=amodn定義,是一個滿射的環同態,它的核為nZ。

•當n> 1時,不存在環同態Z→Z。

•如果R[X]表示變數為X的所有實係數多項式的環,C表示複數,則函式f:R[X] →C,由f(p) =p(i)定義(在多項式p中用虛數單位i來代替變數X),是一個滿射的環同態。f的核由R[X]內所有能被X+ 1整除的多項式組成。.

環同態的種類

•雙射的環同態稱為環同構。

•定義域與值域相同的環同態稱為環自同態。

在環範疇中,單射的環同態與單同態是相等的:如果 f: R→ S是單同態而不是單射,則它把某個 r和 r映射到 S的同一個元素。考慮從 Z[ x]到 R的兩個映射 g和 g,分別把 x映射到 r和 r; fo g和 fo g是相等的,但由於 f是單同態,這是不可能的。

然而,在環範疇中,滿射的環同態與滿同態是非常不同的。例如, ZQ是滿同態,但不是滿射。

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