素元

素元

在數學裡,尤其是在抽象代數裡,交換環的素元(prime element)是指滿足類似整數里的素數或不可約多項式之性質的一個數學物件。須注意的是,素元與不可約元素之間並不相同,雖然在唯一分解整環里是一樣的,但在一般情況下則不一定相同。

定義

交換環R 的元素 p 被稱為 素元,若該元素不為 0 或單位元,且若 p整除ab(a 與 b 為 R 內的元素),則 p 整除 a 或 p 整除 b。等價地說,一元素 p 為素元,若且唯若由 p 產生的主理想(p) 為非零素理想。

對素元的興趣來自於算術基本定理。該定理斷言,每個非零整數都可以以唯一一種方式寫成 1 或 -1 乘上一串正素數之乘積。這導致了對唯一分解整環的研究,推廣了僅在整數內被描述之概念。

一個元素是否為素元,取決於該元素處於哪個環內;例如,2在 Z 里是個素元,但在高斯整數環 Z[i] 里則不是,因為 2 = (1 + i)(1 - i) 且 2 無法整除等式右邊的任一因子。  

整環

一個環是一個集合 A 以及它上面的兩種運算,分別稱為“加法”(+)和“乘法”(*),滿足以下條件:

1、A 關於加法成為一個 Abel 群(其零元素記作 0);

2、乘法滿足結合律:(a * b) * c = a * (b * c);

3、乘法對加法滿足分配律:a * (b + c) = a * b + a * c, (a + b) * c = a * c + b * c;

如果環 A 還滿足以下乘法交換律,則稱為“交換環”:

4、乘法交換律:a * b = b * a。

如果交換環 A 還滿足以下兩條件,就稱為“整環”:

5、A 中存在非零的乘法單位元,即存在 A 中的一個元素,記作 1,滿足:1 不等於 0,且對任意 a,有:1 * a = a * 1 = a;

6、ab=0 => a=0 或 b=0。

例:

1、整數環是整環。

2、整環上的多項式環仍是整環。

3、當 n>1 時,任意環上的n階矩陣環不是整環。

與素理想

環 R 內的一個理想 I 為素理想,若商環 R/I 為一整環。

一非零主理想為素理想,若且唯若該主理想由一素元所產生。

不可約元素

不可將素元與不可約元素搞混。在一整環里,每個素元都是不可約元素,但反之不一定成立。不過,在唯一分解整環(或更一般地,在GCD環)里,素元與不可約元素會是相同的元素。

素元 素元

舉例來說,在二次整數環中,可以用範數證明 3 是不可約元素。不過,3 不是素元,因為

素元 素元
素元 素元
素元 素元

但 3 無法整除,也無法整除。

例子

下面為環里的素元之例子:  

• 在整數環 Z 里的整數 ±2, ±3, ±5, ±7, ±11, ...

• 在高斯整數環 Z[i] 里的複數 (1+i)、19 與 (2+3i)

• 在 Z 上之多項式環Z[x]里的多項式x− 2與x+ 1

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