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e1e46d94b6
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b3daaa8e54
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@ -118,3 +118,16 @@ Tangentialkegel
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Tangentialkegels
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Tangentialkegels
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Vielfachheit
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Vielfachheit
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Vielfachheiten
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Vielfachheiten
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Glattheit
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repräsentierbar
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Quotientenkörpers
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def
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Repräsentantenniveau
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Moduln
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Surjektivität
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Quotientenmodul
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Lokalisierungsfunktors
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Lokalisierungskonstruktion
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Inklusionsabbildung
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Primideals
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Nakayama
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@ -17,3 +17,8 @@
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{"rule":"DE_CASE","sentence":"^\\QSituation \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q und \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Polynome \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q und \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q, sodass \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q–\\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q gelten Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q, …, \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Schwache Division mit Rest Statt eines abstrakten Existenzsatzes finden Sie in Algorithmus \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q eine konkrete Vorschrift zur Berechnung der Polynome \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q und \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q.\\E$"}
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{"rule":"DE_CASE","sentence":"^\\QSituation \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q und \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Polynome \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q und \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q, sodass \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q–\\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q gelten Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q, …, \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Setze \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q Schwache Division mit Rest Statt eines abstrakten Existenzsatzes finden Sie in Algorithmus \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q eine konkrete Vorschrift zur Berechnung der Polynome \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q und \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q.\\E$"}
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{"rule":"GERMAN_WORD_REPEAT_BEGINNING_RULE","sentence":"^\\QDie Implikation “\\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q” ist der wesentliche Punkt des Beweises.\\E$"}
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{"rule":"GERMAN_WORD_REPEAT_BEGINNING_RULE","sentence":"^\\QDie Implikation “\\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q” ist der wesentliche Punkt des Beweises.\\E$"}
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{"rule":"GERMAN_WORD_REPEAT_BEGINNING_RULE","sentence":"^\\QDie Implikation „\\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q“ ist der wesentliche Punkt des Beweises.\\E$"}
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{"rule":"GERMAN_WORD_REPEAT_BEGINNING_RULE","sentence":"^\\QDie Implikation „\\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q“ ist der wesentliche Punkt des Beweises.\\E$"}
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{"rule":"DOPPELTE_SATZZEICHEN","sentence":"^\\QWorum geht es?.\\E$"}
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{"rule":"UPPERCASE_SENTENCE_START","sentence":"^\\Qeigentlich notwendig ist.\\E$"}
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{"rule":"KLEINSCHREIBUNG_KEIN_NAME","sentence":"^\\QIn der Vorlesung „Lineare Algebra“ haben Sie exakte Sequenzen kennengelernt, aber vielleicht nicht gemocht.\\E$"}
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{"rule":"GERMAN_WORD_REPEAT_BEGINNING_RULE","sentence":"^\\QVerstehe, wie sich der Modul \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q aus den kleineren Moduln \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q und \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q zusammensetzt.\\E$"}
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{"rule":"GERMAN_WORD_REPEAT_BEGINNING_RULE","sentence":"^\\QEs ist \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q.\\E$"}
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289
10.tex
289
10.tex
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@ -8,21 +8,21 @@
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\label{sec:11}
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\label{sec:11}
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Im letzten Kapitel haben wir einige Eigenschaften von Punkten auf ebenen
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Im letzten Kapitel haben wir einige Eigenschaften von Punkten auf ebenen
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algebraischen Kurven kennen gelernt. Ist $f$ eine solche Kurve und $p$ ein
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algebraischen Kurven kennengelernt. Ist $f$ eine solche Kurve und $p$ ein Punkt
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Punkt der Kurve, so legt die geometrische Intuition vielleicht folgendes Nahe.
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der Kurve, so legt die geometrische Intuition vielleicht folgendes nahe.
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\begin{itemize}
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\begin{itemize}
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\item Die Eigenschaft des Punktes, glatt oder singulär zu sein, hat vermutlich
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\item Die Eigenschaft des Punktes, glatt oder singulär zu sein, hat vermutlich
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nichts mit der Frage zu tun, wie die Kurven (mit ihrem Punkt) in die Ebene
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nichts mit der Frage zu tun, wie die Kurven (mit ihrem Punkt) in die Ebene
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eingebettet ist. Schlau gesprochen: die geometrische Anschauung legt nahe,
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eingebettet ist. Schlau gesprochen: Die geometrische Anschauung legt nahe,
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dass Glattheit und Singularität von Punkten intrinsische Eigenschaften der
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dass Glattheit und Singularität von Punkten intrinsische Eigenschaften der
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Kurve und ihres Punktes sind.
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Kurve und ihres Punktes sind.
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\item Anschaulich ist klar, dass ich die Frage nach der Glattheit oder
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\item Anschaulich ist klar, dass ich die Frage nach der Glattheit oder
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Singularität eines Punktes beantworten kann, wenn ich lediglich eine kleine
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Singularität eines Punktes beantworten kann, wenn ich lediglich eine kleine
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offene Umgebung des Punktes kenne (``mir egal, wie die Kurve in 10km
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offene Umgebung des Punktes kenne („mir egal, wie die Kurve in 10~km
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Entfernung aussieht''). Schlau gesprochen: Glattheit und Singularität sind
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Entfernung aussieht“). Schlau gesprochen: Glattheit und Singularität sind
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``lokale'' Eigenschaften.
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„lokale“ Eigenschaften.
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\end{itemize}
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\end{itemize}
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@ -39,19 +39,19 @@ sollte also eine Eigenschaft des Ideals $m_p ⊂ A$ sein.
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Lokale Eigenschaften haben wir noch nicht diskutiert, das holen wir jetzt nach.
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Lokale Eigenschaften haben wir noch nicht diskutiert, das holen wir jetzt nach.
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Dazu ist es nützlich, sich an Abschnitt~\ref{sec:7-1} zu erinnern, wo der affine
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Dazu ist es nützlich, sich an Abschnitt~\ref{sec:7-1} zu erinnern, wo der affine
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Koordinatenring als Ring der algebraischen Funktionen (``stetige Funktionen, die
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Koordinatenring als Ring der algebraischen Funktionen („stetige Funktionen, die
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durch Polynome repräsentierbar sind'') eingeführt wurde. Wenn nun der affine
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durch Polynome repräsentierbar sind“) eingeführt wurde. Wenn nun der affine
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Koordinatenring (=der Ring aller algebraischen Funktionen'') die gesamte
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Koordinatenring (=der Ring aller algebraischen Funktionen) die gesamte
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intrinsische Geometrie festlegt, dann könnte die lokale Geometrie in der Nähe
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intrinsische Geometrie festlegt, dann könnte die lokale Geometrie in der Nähe
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des Punktes $p$ durch den Ring der algebraischen Funktionen gegeben sein, die
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des Punktes $p$ durch den Ring der algebraischen Funktionen gegeben sein, die
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nur in der Nähe von $p$ definiert sind. Die Frage ist, was dies im Kontext der
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nur in der Nähe von $p$ definiert sind. Die Frage ist, was dies im Kontext der
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algebraischen Geometrie genau bedeuten soll. Antwort: algebraische Funktion,
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algebraischen Geometrie genau bedeuten soll. Antwort: algebraische Funktion,
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die ``nur in der Nähe von $p$ definiert sind'', sind rationale Funktionen die
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die „nur in der Nähe von $p$ definiert sind“, sind rationale Funktionen die bei
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bei $p$ keine Polstelle haben. Was ist eine rationale Funktion? Antwort:
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$p$ keine Polstelle haben. Was ist eine rationale Funktion? Antwort: rationale
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rationale Funktionen sind Quotienten von algebraischen Funktionen -- also von
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Funktionen sind Quotienten von algebraischen Funktionen -- also von Elementen
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Elementen des affinen Koordinatenringes. Wir betrachten also Brüche $a/b$, wo
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des affinen Koordinatenringes. Wir betrachten also Brüche $a/b$, wo $a$ und $b$
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$a$ und $b$ Elemente des affinen Koordinatenringes sind und wo die Funktion $b$
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Elemente des affinen Koordinatenringes sind und wo die Funktion $b$ am Punkte
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am Punkte $p$ keine Nullstelle hat.
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$p$ keine Nullstelle hat.
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\section{Multiplikative Systeme}
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\section{Multiplikative Systeme}
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@ -69,7 +69,7 @@ Null verboten ist, müssen wir hier etwas vorsichtiger sein.
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wenn für alle $f$ und $g ∈ S$ die Inklusion $f·g ∈ S$ gilt.
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wenn für alle $f$ und $g ∈ S$ die Inklusion $f·g ∈ S$ gilt.
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\end{defn}
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\end{defn}
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\begin{bsp}\label{bsp:10-2-2}
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\begin{bsp}\label{bsp:10-2-2}%
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Es sei $R$ ein beliebiger kommutativer Ring mit Eins. Die folgenden Mengen
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Es sei $R$ ein beliebiger kommutativer Ring mit Eins. Die folgenden Mengen
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sind multiplikative Systeme.
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sind multiplikative Systeme.
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\begin{itemize}
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\begin{itemize}
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@ -81,8 +81,8 @@ Null verboten ist, müssen wir hier etwas vorsichtiger sein.
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\item Es sei $m_p ⊂ R$ ein maximales Ideal. Dann ist $m_p$ ein Primideal und
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\item Es sei $m_p ⊂ R$ ein maximales Ideal. Dann ist $m_p$ ein Primideal und
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$R∖ m_p$ ist ein multiplikatives System.
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$R∖ m_p$ ist ein multiplikatives System.
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\item Es sei $f ∈ R$ ein beliebiges Element. Dann ist die Menge
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\item Es sei $f ∈ R$ ein beliebiges Element. Dann ist die Menge $\{ 1, f, f²,
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$\{ 1, f, f², … \}$ ein multiplikatives System.
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… \}$ ein multiplikatives System.
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\end{itemize}
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\end{itemize}
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\end{bsp}
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\end{bsp}
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@ -93,15 +93,15 @@ Beispiel~\ref{bsp:10-2-2} zeigt, wohin der Hase läuft. In späteren Anwendunge
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ist $R$ der affine Koordinatenring einer ebenen, algebraischen Kurve $X$ und
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ist $R$ der affine Koordinatenring einer ebenen, algebraischen Kurve $X$ und
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$m_p$ ist das maximale Ideal, das zu einem gegebenen Punkt $p$ gehört. Ich kann
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$m_p$ ist das maximale Ideal, das zu einem gegebenen Punkt $p$ gehört. Ich kann
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die Elemente von $R$ als algebraische Funktionen auf $X$ auffassen, und eine
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die Elemente von $R$ als algebraische Funktionen auf $X$ auffassen, und eine
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Funktion $f ∈ R$ hat genau dann bei $p$ eine Nullstelle, wenn $f ∈ m_p$ ist.
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Funktion $f ∈ R$ hat genau dann bei $p$ eine Nullstelle, wenn $f ∈ m_p$ ist. Bei
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Bei der Diskussion von lokalen Eigenschaften wollen wir also ``rationale
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der Diskussion von lokalen Eigenschaften wollen wir also „rationale Funktionen“
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Funktionen'' der Form $a/b$ betrachten, wo wir für $b$ nur Elemente des
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der Form $a/b$ betrachten, wo wir für $b$ nur Elemente des multiplikativen
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multiplikativen Systems $R ∖ m_p$ zulassen. Die folgende Konstruktion sagt
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Systems $R∖m_p$ zulassen. Die folgende Konstruktion sagt präzise, was
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präzise, was passiert.
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passiert.
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\begin{konstruktion}[Lokalisierung von Ringen]\label{kons:loc}
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\begin{konstruktion}[Lokalisierung von Ringen]\label{kons:loc}
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\index{Lokalisierung!von Ringen}Es sei $R$ ein ein kommutativer Ring mit Eins
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\index{Lokalisierung!von Ringen}Es sei $R$ ein kommutativer Ring mit Eins und
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und es sei $S ⊂ R$ ein multiplikatives System. Dann betrachte die folgende
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es sei $S ⊂ R$ ein multiplikatives System. Dann betrachte die folgende
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Relation auf $R ⨯ S$,
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Relation auf $R ⨯ S$,
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\begin{equation}\label{eq:10-3-1-1}
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\begin{equation}\label{eq:10-3-1-1}
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(a,α) \sim (b, β) \quad \overset{\text{def}}{⇔} \quad
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(a,α) \sim (b, β) \quad \overset{\text{def}}{⇔} \quad
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@ -145,13 +145,13 @@ präzise, was passiert.
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Genau wie der Quotientenkörper ist die Lokalisierung eines Ringes eindeutig
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Genau wie der Quotientenkörper ist die Lokalisierung eines Ringes eindeutig
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durch eine universelle Eigenschaft gegeben. Weil wir die universellen
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durch eine universelle Eigenschaft gegeben. Weil wir die universellen
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Eigenschaften in der Vorlesung ``Algebra'' zu genüge diskutiert haben, spare ich
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Eigenschaften in der Vorlesung „Algebra“ zu genüge diskutiert haben, spare ich
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mir die Details und den Beweis und gebe die Eigenschaft einfach an.
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mir die Details und den Beweis und gebe die Eigenschaft einfach an.
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\begin{prop}[Universelle Eigenschaft der Lokalisierung]\label{prop:10-3-3}
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\begin{prop}[Universelle Eigenschaft der Lokalisierung]\label{prop:10-3-3}%
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In der Situation von Konstruktion~\ref{kons:loc} sei ein Ringmorphismus
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In der Situation von Konstruktion~\ref{kons:loc} sei ein Ringmorphismus $γ : R
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$γ : R → T$ gegeben, so dass $γ(S) ⊂ T^*$ ist. Dann existiert genau ein
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→ T$ gegeben, sodass $γ(S) ⊂ T^*$ ist. Dann existiert genau ein Morphismus $ν
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Morphismus $ν :S^{-1}R → T$, sodass das folgende Diagramm kommutiert,
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:S^{-1}R → T$, sodass das folgende Diagramm kommutiert,
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\[
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\[
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\begin{tikzcd}
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\begin{tikzcd}
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R \ar[r, "φ"] \ar[d, equal] & {S^{-1}R} \ar[d, "ν"] \\
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R \ar[r, "φ"] \ar[d, equal] & {S^{-1}R} \ar[d, "ν"] \\
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@ -201,7 +201,7 @@ kann helfen.
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\begin{lem}
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\begin{lem}
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In Konstruktion~\ref{kons:loc} sind folgende Aussagen äquivalent.
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In Konstruktion~\ref{kons:loc} sind folgende Aussagen äquivalent.
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\begin{enumerate}
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\begin{enumerate}
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\item\label{il:10-3-6-1} Es ist $S^{-1}R = 0$
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\item\label{il:10-3-6-1} Es ist $S^{-1}R = 0$.
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\item\label{il:10-3-6-2} Es ist $0 ∈ S$.
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\item\label{il:10-3-6-2} Es ist $0 ∈ S$.
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@ -214,8 +214,8 @@ kann helfen.
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\begin{description}
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\begin{description}
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\item[\ref{il:10-3-6-1} $⇒$ \ref{il:10-3-6-2}] Sei $S^{-1}R = 0$. Dann ist
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\item[\ref{il:10-3-6-1} $⇒$ \ref{il:10-3-6-2}] Sei $S^{-1}R = 0$. Dann ist
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$\frac{1}{1} = \frac{0}{1}$, also existiert ein Element $s ∈ S$ mit
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$\frac{1}{1} = \frac{0}{1}$, also existiert ein Element $s ∈ S$ mit $s · 1 =
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$s · 1 = 0$. Also ist $0 ∈ S$.
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0$. Also ist $0 ∈ S$.
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\item[\ref{il:10-3-6-2} $⇒$ \ref{il:10-3-6-3}] Klar, denn 0 ist ein
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\item[\ref{il:10-3-6-2} $⇒$ \ref{il:10-3-6-3}] Klar, denn 0 ist ein
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nilpotentes Element.
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nilpotentes Element.
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@ -234,18 +234,18 @@ kann helfen.
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Unser nächstes Ziel ist es, Ideale im Ring $R$ und im lokalisierten Ring
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Unser nächstes Ziel ist es, Ideale im Ring $R$ und im lokalisierten Ring
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$S^{-1}R$ zu vergleichen. Es lohnt sich aber, gleich ein wenig allgemeiner zu
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$S^{-1}R$ zu vergleichen. Es lohnt sich aber, gleich ein wenig allgemeiner zu
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arbeiten, denn Ideale sind spezielle Moduln.
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arbeiten, denn Ideale sind spezielle Moduln
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\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Modul_(Mathematik)}{Sie erinnern sich doch
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\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Modul_(Mathematik)}{Sie erinnern sich doch
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daran, was ein Modul ist?} Grob und nicht ganz richtig: Ein Modul ist wie ein
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daran, was ein Modul ist?}. Grob und nicht ganz richtig: Ein Modul ist wie ein
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Vektorraum, aber nicht über einem Körper sondern über einem Ring. Die
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Vektorraum, aber nicht über einem Körper, sondern über einem Ring. Die
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Lokalisierung eines Moduls geht genauso wie die Lokalisierung eines Ringes: wir
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Lokalisierung eines Moduls geht genauso wie die Lokalisierung eines Ringes: wir
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betrachten Brüche, wo oben Modulelemente stehen und unten Elemente des
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betrachten Brüche, wo oben Modulelemente stehen und unten Elemente des
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multiplikativen Systems.
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multiplikativen Systems.
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\begin{konstruktion}[Lokalisierung von Moduln]\label{kons:locM}
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\begin{konstruktion}[Lokalisierung von Moduln]\label{kons:locM}%
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\index{Lokalisierung!von Moduln}Es sei $R$ ein ein kommutativer Ring mit Eins
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\index{Lokalisierung!von Moduln}Es sei $R$ ein kommutativer Ring mit Eins und
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und es sei $S ⊂ R$ ein multiplikatives System. Weiter sei $A$ ein $R$-Modul
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es sei $S ⊂ R$ ein multiplikatives System. Weiter sei $A$ ein $R$-Modul (zum
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(zum Beispiel ein Ideal). Dann betrachte die folgende Relation auf $A ⨯ S$,
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Beispiel ein Ideal). Dann betrachte die folgende Relation auf $A ⨯ S$,
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\begin{equation}\label{eq:10-3-1-1M}
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\begin{equation}\label{eq:10-3-1-1M}
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(a,α) \sim (b, β) \quad \overset{\text{def}}{⇔} \quad
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(a,α) \sim (b, β) \quad \overset{\text{def}}{⇔} \quad
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∃ s ∈ S: s·(aβ - b α) = 0
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∃ s ∈ S: s·(aβ - b α) = 0
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@ -268,10 +268,10 @@ multiplikativen Systems.
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Modulstruktur auf $S^{-1}A$ liefert.
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Modulstruktur auf $S^{-1}A$ liefert.
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\end{konstruktion}
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\end{konstruktion}
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\begin{bemerkung}\label{bem:10-4-2}
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\begin{bemerkung}\label{bem:10-4-2}%
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Bei der Lokalisierung von $R$-Moduln gibt es etwas Potential für Verwirrung.
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Bei der Lokalisierung von $R$-Moduln gibt es etwas Potenzial für Verwirrung.
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Der Ring $R$ ist trivialerweise selbst ein $R$-Modul. Wenn ich jetzt
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Der Ring $R$ ist trivialerweise selbst ein $R$-Modul. Wenn ich jetzt $S^{-1}
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$S^{-1} R$ schreibe, meine ich dann die Lokalisierung des Ringes aus
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R$ schreibe, meine ich dann die Lokalisierung des Ringes aus
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Konstruktion~\ref{kons:loc} oder die Lokalisierung des $R$-Moduls aus
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Konstruktion~\ref{kons:loc} oder die Lokalisierung des $R$-Moduls aus
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Konstruktion~\ref{kons:locM}? Gute Nachricht: es macht keinen Unterschied.
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Konstruktion~\ref{kons:locM}? Gute Nachricht: es macht keinen Unterschied.
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Rechnen Sie nach, dass die beiden Konstruktion in diesem Fall schlicht
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Rechnen Sie nach, dass die beiden Konstruktion in diesem Fall schlicht
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@ -293,16 +293,16 @@ ich auf folgende Eigenschaft der Lokalisierung hinweisen.
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\[
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\[
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S^{-1}α : S^{-1} A → S^{-1} B, \quad \frac{a}{s} ↦ \frac{α(a)}{s}.
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S^{-1}α : S^{-1} A → S^{-1} B, \quad \frac{a}{s} ↦ \frac{α(a)}{s}.
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\]
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\]
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Rechnen Sie nach, dass diese ``Definition auf Repräsentantenniveau''
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Rechnen Sie nach, dass diese „Definition auf Repräsentantenniveau“ tatsächlich
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tatsächlich wohldefiniert ist. Gegeben einen weiteren Modulmorphismus
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wohldefiniert ist. Gegeben einen weiteren Modulmorphismus $β : B → C$, so
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$β : B → C$, so rechnen Sie nach, dass stets die Gleichung
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rechnen Sie nach, dass stets die Gleichung
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\[
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\[
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S^{-1}(β◦α) = \left(S^{-1}β\right) ◦ \left(S^{-1} α\right)
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S^{-1}(β◦α) = \left(S^{-1}β\right) ◦ \left(S^{-1} α\right)
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\]
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\]
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gilt. Der Mathematiker fasst die Aussage ``Morphismen von Moduln induzieren
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gilt. Der Mathematiker fasst die Aussage „Morphismen von Moduln induzieren in
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in kanonischer Weise Morphismen von lokalisierten Moduln in einer Art und
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kanonischer Weise Morphismen von lokalisierten Moduln in einer Art und Weise,
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Weise, die mit der Komposition verträglich ist'' kurz zusammen und sagt:
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die mit der Komposition verträglich ist“ kurz zusammen und sagt:
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``Lokalisierung ist funktoriell''.
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„Lokalisierung ist funktoriell“.
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\end{beobachtung}
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\end{beobachtung}
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\begin{notation}[Lokalisierung nach Primideal]
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\begin{notation}[Lokalisierung nach Primideal]
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@ -318,7 +318,7 @@ ich auf folgende Eigenschaft der Lokalisierung hinweisen.
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\subsubsection{Exakte Sequenzen -- Teile und Herrsche}
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\subsubsection{Exakte Sequenzen -- Teile und Herrsche}
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In der Vorlesung ``Lineare Algebra'' haben Sie exakte Sequenzen kennen gelernt,
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In der Vorlesung „Lineare Algebra“ haben Sie exakte Sequenzen kennengelernt,
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||||||
aber vielleicht nicht gemocht. Jetzt ist es an der Zeit, die exakt Sequenz
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aber vielleicht nicht gemocht. Jetzt ist es an der Zeit, die exakt Sequenz
|
||||||
lieben zu lernen. Ich wiederhole kurz, worum es geht: Gegeben einen Ring $R$,
|
lieben zu lernen. Ich wiederhole kurz, worum es geht: Gegeben einen Ring $R$,
|
||||||
dann nenne eine (endliche oder unendliche) Folge von Modulmorphismen
|
dann nenne eine (endliche oder unendliche) Folge von Modulmorphismen
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||||||
|
@ -330,16 +330,16 @@ exakt, wenn für jeden Index $i$ die Gleichung $\img α_i = \ker α_{i+1}$ gilt.
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||||||
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||||||
\begin{beobachtung}
|
\begin{beobachtung}
|
||||||
Es sei $α: A → B$ ein Morphismus von $R$-Moduln. Dann kann man Injektivität
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Es sei $α: A → B$ ein Morphismus von $R$-Moduln. Dann kann man Injektivität
|
||||||
und Surjektivität von $α$ mit Hilfe von exakten Sequenzen ausdrücken.
|
und Surjektivität von $α$ mithilfe von exakten Sequenzen ausdrücken.
|
||||||
\begin{itemize}
|
\begin{itemize}
|
||||||
\item Der Morphismus $α$ ist genau dann injektiv, wenn $\ker α = \{0\}$ ist.
|
\item Der Morphismus $α$ ist genau dann injektiv, wenn $\ker α = \{0\}$ ist.
|
||||||
Dies ist genau dann der Fall, wenn die Sequenz $0 → A \xrightarrow{α} B$
|
Dies ist genau dann der Fall, wenn die Sequenz $0 → A \xrightarrow{α} B$
|
||||||
exakt ist. Dabei ist der erste Pfeil logischerweise die Nullabbildung, was
|
exakt ist. Dabei ist der erste Pfeil logischerweise die Nullabbildung, was
|
||||||
sonst.
|
sonst.
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||||||
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||||||
\item Der Morphismus $α$ ist genau dann surjektiv, wenn die Sequenz
|
\item Der Morphismus $α$ ist genau dann surjektiv, wenn die Sequenz $A
|
||||||
$A \xrightarrow{α} B → 0$ exakt ist. Dabei ist der letzte Pfeil
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\xrightarrow{α} B → 0$ exakt ist. Dabei ist der letzte Pfeil logischerweise
|
||||||
logischerweise die Nullabbildung, was sonst.
|
die Nullabbildung, was sonst.
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||||||
\end{itemize}
|
\end{itemize}
|
||||||
\end{beobachtung}
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\end{beobachtung}
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||||||
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||||||
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@ -351,9 +351,9 @@ exakte Sequenzen der folgenden Form,
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||||||
Dabei ist der erste und der letzte Pfeil logischerweise die Nullabbildung, was
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Dabei ist der erste und der letzte Pfeil logischerweise die Nullabbildung, was
|
||||||
sonst.
|
sonst.
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||||||
\begin{beobachtung}\label{beo:10-4-6}
|
\begin{beobachtung}\label{beo:10-4-6}%
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||||||
Die Aussage ``Die Sequenz \eqref{eq:kes} ist exakt'' besagt genau die
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Die Aussage „Die Sequenz \eqref{eq:kes} ist exakt.“ besagt genau die folgenden
|
||||||
folgenden drei Dinge.
|
drei Dinge.
|
||||||
\begin{itemize}
|
\begin{itemize}
|
||||||
\item Der Morphismus $α$ ist injektiv.
|
\item Der Morphismus $α$ ist injektiv.
|
||||||
|
|
||||||
|
@ -366,7 +366,7 @@ sonst.
|
||||||
\item Der Modul $A$ ist isomorph zu $\ker β$.
|
\item Der Modul $A$ ist isomorph zu $\ker β$.
|
||||||
|
|
||||||
\item Der Modul $C$ ist isomorph zu $\coker α$. Wenn ich $A$ mithilfe der
|
\item Der Modul $C$ ist isomorph zu $\coker α$. Wenn ich $A$ mithilfe der
|
||||||
injektiven Abbildung $α$ als Untermodul von $B$ auffasse dann ist $C$ also
|
injektiven Abbildung $α$ als Untermodul von $B$ auffasse, dann ist $C$
|
||||||
isomorph zum Quotientenmodul $B/A$.
|
isomorph zum Quotientenmodul $B/A$.
|
||||||
\end{itemize}
|
\end{itemize}
|
||||||
\end{beobachtung}
|
\end{beobachtung}
|
||||||
|
@ -375,8 +375,8 @@ Wenn Sie normal sind, haben Sie sich sicher schon länger gefragt, warum ältere
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||||||
Professoren auf exakte Sequenzen abfahren. Der Grund: viele Moduln sind echt
|
Professoren auf exakte Sequenzen abfahren. Der Grund: viele Moduln sind echt
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||||||
schwer zu verstehen. Wenn mir das Leben einen Modul $B$ gibt, dann suche ich
|
schwer zu verstehen. Wenn mir das Leben einen Modul $B$ gibt, dann suche ich
|
||||||
eine exakte Sequenz wie in \eqref{eq:kes}, in der Hoffnung, dass die Moduln $A$
|
eine exakte Sequenz wie in \eqref{eq:kes}, in der Hoffnung, dass die Moduln $A$
|
||||||
und $C$ kleiner und deshalb leichter zu verstehen sind. Das Zerlegt mein
|
und $C$ kleiner und deshalb leichter zu verstehen sind. Das zerlegt mein
|
||||||
Problem ``verstehe den Modul $B$'' in drei Teilaufgaben.
|
Problem „verstehe den Modul $B$“ in drei Teilaufgaben.
|
||||||
\begin{itemize}
|
\begin{itemize}
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||||||
\item Verstehe den kleineren Modul $A$.
|
\item Verstehe den kleineren Modul $A$.
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||||||
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||||||
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@ -392,8 +392,8 @@ vermutlich noch kein Beispiel gesehen, wo man mit dieser Strategie wirklich
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||||||
etwas bewiesen hätte. Dafür gibt es einen guten Grund: Sie haben sich bislang
|
etwas bewiesen hätte. Dafür gibt es einen guten Grund: Sie haben sich bislang
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||||||
vermutlich weniger für Moduln, sondern meistens nur für Vektorräume
|
vermutlich weniger für Moduln, sondern meistens nur für Vektorräume
|
||||||
interessiert. Wenn aber \eqref{eq:kes} eine kurze exakte Sequenz von
|
interessiert. Wenn aber \eqref{eq:kes} eine kurze exakte Sequenz von
|
||||||
Vektorräumen ist, dann ist $B ≅ A⊕C$, und die Frage ``Wie setzt sich der Modul
|
Vektorräumen ist, dann ist $B ≅ A⊕C$, und die Frage „Wie setzt sich der Modul
|
||||||
$B$ aus den kleineren Moduln $A$ und $C$ zusammen?'' ist irrelevant.
|
$B$ aus den kleineren Moduln $A$ und $C$ zusammen?“ ist irrelevant.
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||||||
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|
||||||
\begin{warnung}
|
\begin{warnung}
|
||||||
Wenn \eqref{eq:kes} eine kurze exakte Sequenz von Moduln ist, dann ist es im
|
Wenn \eqref{eq:kes} eine kurze exakte Sequenz von Moduln ist, dann ist es im
|
||||||
|
@ -408,10 +408,10 @@ $B$ aus den kleineren Moduln $A$ und $C$ zusammen?'' ist irrelevant.
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||||||
\sideremark{Vorlesung 12}Ich verspreche Ihnen, dass wir später in dieser
|
\sideremark{Vorlesung 12}Ich verspreche Ihnen, dass wir später in dieser
|
||||||
Vorlesung interessante exakte Sequenzen sehen werden. Im Moment geht es aber um
|
Vorlesung interessante exakte Sequenzen sehen werden. Im Moment geht es aber um
|
||||||
die Lokalisierung von Moduln. Der wesentliche Punkt: Lokalisierung bildet
|
die Lokalisierung von Moduln. Der wesentliche Punkt: Lokalisierung bildet
|
||||||
exakte Sequenzen auf exakte Sequenzen ab. Der Mathematiker sagt ``Lokalisierung
|
exakte Sequenzen auf exakte Sequenzen ab. Der Mathematiker sagt „Lokalisierung
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||||||
ist ein exakter Funktor''.
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ist ein exakter Funktor“.
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||||||
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||||||
\begin{satz}[Lokalisierung ist ein exakter Funktor]\label{satz:10-4-7}
|
\begin{satz}[Lokalisierung ist ein exakter Funktor]\label{satz:10-4-7}%
|
||||||
Es sei $R$ ein Ring, es sei $S ⊂ R$ ein multiplikatives System und es sei
|
Es sei $R$ ein Ring, es sei $S ⊂ R$ ein multiplikatives System und es sei
|
||||||
\[
|
\[
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||||||
A \xrightarrow{α} B \xrightarrow{β} C
|
A \xrightarrow{α} B \xrightarrow{β} C
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||||||
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@ -427,15 +427,15 @@ ist ein exakter Funktor''.
|
||||||
\end{proof}
|
\end{proof}
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||||||
|
|
||||||
\begin{bemerkung}
|
\begin{bemerkung}
|
||||||
Satz~\ref{satz:10-4-7} ist eine Aussage über exakte Sequenzen der Länge
|
Satz~\ref{satz:10-4-7} ist eine Aussage über exakte Sequenzen der Länge drei.
|
||||||
drei. Wenn man den Satz aber erst einmal bewiesen hat, dann folgt die Aussage
|
Wenn man den Satz aber erst einmal bewiesen hat, dann folgt die Aussage
|
||||||
ziemlich schnell auch für exakte Sequenzen beliebiger Länge --- unendlich
|
ziemlich schnell auch für exakte Sequenzen beliebiger Länge --- unendlich
|
||||||
lange Sequenzen sind ebenfalls erlaubt.
|
lange Sequenzen sind ebenfalls erlaubt.
|
||||||
\end{bemerkung}
|
\end{bemerkung}
|
||||||
|
|
||||||
\begin{kor}[Lokalisierung erhält Injektivität und Surjektivität]\label{kor:10-4-7}
|
\begin{kor}[Lokalisierung erhält Injektivität und Surjektivität]\label{kor:10-4-7}%
|
||||||
Es sei $R$ ein Ring, es sei $S ⊂ R$ ein multiplikatives System und es sei
|
Es sei $R$ ein Ring, es sei $S ⊂ R$ ein multiplikatives System und es sei $α :
|
||||||
$α : A → B$ ein Morphismus von $R$-Moduln.
|
A → B$ ein Morphismus von $R$-Moduln.
|
||||||
\begin{itemize}
|
\begin{itemize}
|
||||||
\item Wenn $α$ injektiv ist, dann ist $S^{-1}α$ injektiv.
|
\item Wenn $α$ injektiv ist, dann ist $S^{-1}α$ injektiv.
|
||||||
|
|
||||||
|
@ -459,7 +459,7 @@ $S^{-1}B$ aufzufassen. Damit ist das folgende Korollar sinnvoll.
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||||||
|
|
||||||
\begin{kor}
|
\begin{kor}
|
||||||
Es sei $R$ ein Ring, es sei $S ⊂ R$ ein multiplikatives System und es sei $M$
|
Es sei $R$ ein Ring, es sei $S ⊂ R$ ein multiplikatives System und es sei $M$
|
||||||
ein $R$-Modul mit Untermoduln $N$ und $P ⊂ M$. Dann gilt folgendes.
|
ein $R$-Modul mit Untermodul $N$ und $P ⊂ M$. Dann gilt Folgendes.
|
||||||
\begin{enumerate}
|
\begin{enumerate}
|
||||||
\item Es ist $S^{-1}(N+P) = (S^{-1}N) + (S^{-1}P)$.
|
\item Es ist $S^{-1}(N+P) = (S^{-1}N) + (S^{-1}P)$.
|
||||||
|
|
||||||
|
@ -492,7 +492,7 @@ Gegeben sei ein Ring $R$ und es sei $A$ ein $R$-Modul. Wenn $A$ der Nullmodul
|
||||||
ist, dann ist natürlich auch jede Lokalisierung nach jedem Primideal der
|
ist, dann ist natürlich auch jede Lokalisierung nach jedem Primideal der
|
||||||
Nullmodul. Interessanterweise gilt auch die Umkehrung.
|
Nullmodul. Interessanterweise gilt auch die Umkehrung.
|
||||||
|
|
||||||
\begin{lem}[Verschwindung von Moduln ist lokale Eigenschaft]\label{lem:10-4-10}
|
\begin{lem}[Verschwindung von Moduln ist lokale Eigenschaft]\label{lem:10-4-10}%
|
||||||
Es sei $R$ ein Ring und es sei $M$ ein $R$-Modul. Dann sind die folgenden
|
Es sei $R$ ein Ring und es sei $M$ ein $R$-Modul. Dann sind die folgenden
|
||||||
Aussagen äquivalent.
|
Aussagen äquivalent.
|
||||||
\begin{enumerate}
|
\begin{enumerate}
|
||||||
|
@ -500,25 +500,24 @@ Nullmodul. Interessanterweise gilt auch die Umkehrung.
|
||||||
|
|
||||||
\item\label{il:10-4-10-2} Für jedes Primideal $p ⊂ R$ ist $M_p = 0$.
|
\item\label{il:10-4-10-2} Für jedes Primideal $p ⊂ R$ ist $M_p = 0$.
|
||||||
|
|
||||||
\item\label{il:10-4-10-3} Für jedes maximale Ideal $m ⊂ R$ ist
|
\item\label{il:10-4-10-3} Für jedes maximale Ideal $m ⊂ R$ ist $M_m = 0$.
|
||||||
$M_m = 0$.
|
|
||||||
\end{enumerate}
|
\end{enumerate}
|
||||||
\end{lem}
|
\end{lem}
|
||||||
\begin{proof}
|
\begin{proof}
|
||||||
Es ist nur die Richtung \ref{il:10-4-10-3} $⇒$ \ref{il:10-4-10-1} zu
|
Es ist nur die Richtung \ref{il:10-4-10-3} $⇒$ \ref{il:10-4-10-1} zu zeigen.
|
||||||
zeigen. Wir führen einen Widerspruchsbeweis und nehmen an, dass $M ≠ 0$
|
Wir führen einen Widerspruchsbeweis und nehmen an, dass $M ≠ 0$ ist, dass aber
|
||||||
ist, dass aber alle Lokalisierungen in maximalen Idealen 0 sind. Wähle dann
|
alle Lokalisierungen in maximalen Idealen 0 sind. Wähle dann ein Element $x ∈
|
||||||
ein Element $x ∈ M ∖ \{0\}$, und betrachte die Menge
|
M ∖ \{0\}$, und betrachte die Menge
|
||||||
\[
|
\[
|
||||||
\operatorname{Ass}(x) = \{ r ∈ R \::\: r·x = 0 \} ⊂ R.
|
\operatorname{Ass}(x) = \{ r ∈ R \::\: r·x = 0 \} ⊂ R.
|
||||||
\]
|
\]
|
||||||
Dies ist ein Ideal in $R$, das häufig als das ``zu $x$ assoziierte Ideal''
|
Dies ist ein Ideal in $R$, das häufig als das „zu $x$ assoziierte Ideal“
|
||||||
bezeichnet wird. Blutrünstige Kollegen sprechen gern vom
|
bezeichnet wird. Blutrünstige Kollegen sprechen gern vom
|
||||||
\href{https://www.youtube.com/watch?v=qTUL-mpov78}{Assassinator-Ideal}, weil
|
\href{https://www.youtube.com/watch?v=qTUL-mpov78}{Assassinator-Ideal}, weil
|
||||||
$\operatorname{Ass}(x)$ aus genau den Ringelementen besteht, die $x$
|
$\operatorname{Ass}(x)$ aus genau den Ringelementen besteht, die $x$ „killen“.
|
||||||
``killen''. Die Annahme $x ≠ 0$ impliziert sofort
|
Die Annahme $x ≠ 0$ impliziert sofort $1 \not ∈ \operatorname{Ass}(x)$. Also
|
||||||
$1 \not ∈ \operatorname{Ass}(x)$. Also können wir ein maximales Ideal wählen
|
können wir ein maximales Ideal wählen $m$, das $\operatorname{Ass}(x)$
|
||||||
$m$, das $\operatorname{Ass}(x)$ enthält,
|
enthält,
|
||||||
\[
|
\[
|
||||||
\operatorname{Ass}(x) ⊂ m ⊊ R.
|
\operatorname{Ass}(x) ⊂ m ⊊ R.
|
||||||
\]
|
\]
|
||||||
|
@ -526,10 +525,10 @@ Nullmodul. Interessanterweise gilt auch die Umkehrung.
|
||||||
\[
|
\[
|
||||||
\frac{0}{1} = \frac{x}{1} ∈ M_m.
|
\frac{0}{1} = \frac{x}{1} ∈ M_m.
|
||||||
\]
|
\]
|
||||||
Per Definition bedeutet das, dass ein Element $s ∈ R ∖ m$ existiert,
|
Per Definition bedeutet das, dass ein Element $s ∈ R∖m$ existiert, sodass
|
||||||
sodass $s·(x·1 - 0·1) = 0$ ist. Mit anderen Worten: es gilt $s·x = 0$ und
|
$s·(x·1 - 0·1) = 0$ ist. Mit anderen Worten: es gilt $s·x = 0$ und also ist
|
||||||
also ist $s ∈ \operatorname{Ass}(x)$, im Widerspruch zur Wahl von
|
$s ∈ \operatorname{Ass}(x)$, im Widerspruch zur Wahl von $s ∈ R∖m ⊂
|
||||||
$s ∈ R ∖ m ⊂ R ∖ \operatorname{Ass}(x)$.
|
R∖\operatorname{Ass}(x)$.
|
||||||
\end{proof}
|
\end{proof}
|
||||||
|
|
||||||
In der Fachsprache sagt man, die Eigenschaft eines Moduls, der Nullmodul zu
|
In der Fachsprache sagt man, die Eigenschaft eines Moduls, der Nullmodul zu
|
||||||
|
@ -542,33 +541,32 @@ sein, ist eine lokale Eigenschaft.
|
||||||
\begin{itemize}
|
\begin{itemize}
|
||||||
\item Der Modul $M$ hat Eigenschaft $E$.
|
\item Der Modul $M$ hat Eigenschaft $E$.
|
||||||
|
|
||||||
\item Für alle Primideale $p ⊂ R$ gilt: der Modul $M_p$ hat Eigenschaft
|
\item Für alle Primideale $p ⊂ R$ gilt: Der Modul $M_p$ hat Eigenschaft $E$.
|
||||||
$E$.
|
|
||||||
\end{itemize}
|
\end{itemize}
|
||||||
\end{defn}
|
\end{defn}
|
||||||
|
|
||||||
Das geht natürlich auch mit Eigenschaften von Morphismen.
|
Das geht natürlich auch mit Eigenschaften von Morphismen.
|
||||||
|
|
||||||
\begin{kor}[Injektivität und Surjektivität sind lokale Eigenschaften]\label{kor:10-5-3}
|
\begin{kor}[Injektivität und Surjektivität sind lokale Eigenschaften]\label{kor:10-5-3}%
|
||||||
Es sei $R$ ein Ring und es sei $α: A → B$ ein Morphismus von
|
Es sei $R$ ein Ring und es sei $α: A → B$ ein Morphismus von $R$-Moduln. Dann
|
||||||
$R$-Moduln. Dann sind die folgenden Aussagen äquivalent.
|
sind die folgenden Aussagen äquivalent.
|
||||||
\begin{enumerate}
|
\begin{enumerate}
|
||||||
\item\label{il:10-5-3-1} Die Abbildung $α$ ist injektiv.
|
\item\label{il:10-5-3-1} Die Abbildung $α$ ist injektiv.
|
||||||
|
|
||||||
\item\label{il:10-5-3-2} Für alle Primideale $p ⊂ R$ gilt: die Abbildung
|
\item\label{il:10-5-3-2} Für alle Primideale $p ⊂ R$ gilt: Die Abbildung $α_p$
|
||||||
$α_p$ ist injektiv.
|
ist injektiv.
|
||||||
|
|
||||||
\item\label{il:10-5-3-3} Für alle maximalen Ideale $m ⊂ R$ gilt: die
|
\item\label{il:10-5-3-3} Für alle maximalen Ideale $m ⊂ R$ gilt: Die Abbildung
|
||||||
Abbildung $α_m$ ist injektiv.
|
$α_m$ ist injektiv.
|
||||||
\end{enumerate}
|
\end{enumerate}
|
||||||
Analoge Äquivalenzen gelten auch für Surjektivität.
|
Analoge Äquivalenzen gelten auch für Surjektivität.
|
||||||
\end{kor}
|
\end{kor}
|
||||||
\begin{proof}
|
\begin{proof}
|
||||||
Nach Korollar~\ref{kor:10-4-7} ist nur die Richtung \ref{il:10-5-3-3}
|
Nach Korollar~\ref{kor:10-4-7} ist nur die Richtung \ref{il:10-5-3-3} $⇒$
|
||||||
$⇒$ \ref{il:10-5-3-1} zu zeigen. Wir nehmen also an, dass für jedes
|
\ref{il:10-5-3-1} zu zeigen. Wir nehmen also an, dass für jedes maximale
|
||||||
maximale Ideal $m ⊂ R$ die Abbildung $α_m$ injektiv ist.
|
Ideal $m ⊂ R$ die Abbildung $α_m$ injektiv ist.
|
||||||
|
|
||||||
Als nächstes betrachte die Sequenz von $R$-Moduln,
|
Als Nächstes betrachte die Sequenz von $R$-Moduln,
|
||||||
\begin{equation}\label{eq:10-5-3-4}
|
\begin{equation}\label{eq:10-5-3-4}
|
||||||
0 → \ker(α) → A \xrightarrow{α} B.
|
0 → \ker(α) → A \xrightarrow{α} B.
|
||||||
\end{equation}
|
\end{equation}
|
||||||
|
@ -587,7 +585,7 @@ Das geht natürlich auch mit Eigenschaften von Morphismen.
|
||||||
\end{proof}
|
\end{proof}
|
||||||
|
|
||||||
Korollar~\ref{kor:10-5-3} sagt, das Injektivität und Surjektivität lokale
|
Korollar~\ref{kor:10-5-3} sagt, das Injektivität und Surjektivität lokale
|
||||||
Eigenschaften von $R$-Modulmorphismen sind.
|
Eigenschaften von $R$-Modul\-mor\-phismen sind.
|
||||||
|
|
||||||
\begin{defn}[Lokale Eigenschaften von Modulmorphismen]
|
\begin{defn}[Lokale Eigenschaften von Modulmorphismen]
|
||||||
Es sei $R$ ein Ring und es sei $E$ eine Eigenschaft von $R$-Modulmorphismen.
|
Es sei $R$ ein Ring und es sei $E$ eine Eigenschaft von $R$-Modulmorphismen.
|
||||||
|
@ -597,7 +595,7 @@ Eigenschaften von $R$-Modulmorphismen sind.
|
||||||
\begin{itemize}
|
\begin{itemize}
|
||||||
\item Der $R$-Modulmorphismus $α$ hat Eigenschaft $E$.
|
\item Der $R$-Modulmorphismus $α$ hat Eigenschaft $E$.
|
||||||
|
|
||||||
\item Für alle Primideale $p ⊂ R$ gilt: der $R$-Modulmorphismus $α_p$ hat
|
\item Für alle Primideale $p ⊂ R$ gilt: Der $R$-Modulmorphismus $α_p$ hat
|
||||||
Eigenschaft $E$.
|
Eigenschaft $E$.
|
||||||
\end{itemize}
|
\end{itemize}
|
||||||
\end{defn}
|
\end{defn}
|
||||||
|
@ -615,7 +613,7 @@ zwei elementare Tatsachen aus der Algebra-Vorlesung.
|
||||||
prim ist, dann ist auch $γ^{-1}(I)$ ein Primideal. \qed
|
prim ist, dann ist auch $γ^{-1}(I)$ ein Primideal. \qed
|
||||||
\end{lem}
|
\end{lem}
|
||||||
|
|
||||||
\begin{nlemma}[Bilder von Idealen]\label{nlem:10-6-2}
|
\begin{nlemma}[Bilder von Idealen]\label{nlem:10-6-2}%
|
||||||
Es sei $γ: R → T$ ein Ringmorphismus und es sei $J ⊂ R$ ein Ideal. Dann ist
|
Es sei $γ: R → T$ ein Ringmorphismus und es sei $J ⊂ R$ ein Ideal. Dann ist
|
||||||
im Allgemeinen weder die Bildmenge $γ(J)$ noch die Menge
|
im Allgemeinen weder die Bildmenge $γ(J)$ noch die Menge
|
||||||
\[
|
\[
|
||||||
|
@ -626,9 +624,9 @@ zwei elementare Tatsachen aus der Algebra-Vorlesung.
|
||||||
|
|
||||||
Im Kontext der Lokalisierung von Ringen stellt sich die Situation wie folgt dar.
|
Im Kontext der Lokalisierung von Ringen stellt sich die Situation wie folgt dar.
|
||||||
|
|
||||||
\begin{lem}\label{lem:10-6-3}
|
\begin{lem}\label{lem:10-6-3}%
|
||||||
In der Situation von Konstruktion~\ref{kons:loc} (``Lokalisierung von
|
In der Situation von Konstruktion~\ref{kons:loc} („Lokalisierung von Ringen“)
|
||||||
Ringen'') sei $I ⊂ R$ ein Ideal. Dann ist
|
sei $I ⊂ R$ ein Ideal. Dann ist
|
||||||
\begin{equation}\label{eq:10-6-3-1}
|
\begin{equation}\label{eq:10-6-3-1}
|
||||||
φ(I)·S^{-1}R = \left\{ \frac{a}{b} ∈ S^{-1}R \::\: a ∈ I, b ∈ S
|
φ(I)·S^{-1}R = \left\{ \frac{a}{b} ∈ S^{-1}R \::\: a ∈ I, b ∈ S
|
||||||
\right\}.
|
\right\}.
|
||||||
|
@ -637,7 +635,7 @@ Im Kontext der Lokalisierung von Ringen stellt sich die Situation wie folgt dar.
|
||||||
in $S^{-1}R$.
|
in $S^{-1}R$.
|
||||||
\end{lem}
|
\end{lem}
|
||||||
\begin{proof}
|
\begin{proof}
|
||||||
Die Inklusion ``$⊃$'' ist klar. Um die Inklusion ``$⊂$'' zu zeigen, sei ein
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Die Inklusion „$⊃$“ ist klar. Um die Inklusion „$⊂$“ zu zeigen, sei ein
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Element
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Element
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\[
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\[
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\frac{α}{β} ∈ φ(I)·S^{-1}R
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\frac{α}{β} ∈ φ(I)·S^{-1}R
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@ -651,7 +649,7 @@ Im Kontext der Lokalisierung von Ringen stellt sich die Situation wie folgt dar.
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\end{proof}
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\end{proof}
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\begin{bemerkung}
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\begin{bemerkung}
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Lemma~\ref{lem:10-6-3} hat vielleicht ein wenig Potential für Verwirrung, denn
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Lemma~\ref{lem:10-6-3} hat vielleicht ein wenig Potenzial für Verwirrung, denn
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das Ideal $I ⊂ R$ ist natürlich auch ein $R$-Modul und die rechte Seite von
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das Ideal $I ⊂ R$ ist natürlich auch ein $R$-Modul und die rechte Seite von
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Gleichung~\eqref{eq:10-6-3-1} erinnert an $S^{-1}I$, die Lokalisierung von $I$
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Gleichung~\eqref{eq:10-6-3-1} erinnert an $S^{-1}I$, die Lokalisierung von $I$
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als $R$-Modul. Das ist natürlich kein Zufall, und ich möchte die Details noch
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als $R$-Modul. Das ist natürlich kein Zufall, und ich möchte die Details noch
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@ -663,7 +661,7 @@ Im Kontext der Lokalisierung von Ringen stellt sich die Situation wie folgt dar.
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\]
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die nach Korollar~\ref{kor:10-4-7} wieder injektiv ist. Erinnern Sie sich
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die nach Korollar~\ref{kor:10-4-7} wieder injektiv ist. Erinnern Sie sich
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dazu an Bemerkung~\ref{bem:10-4-2}: Es macht keinen Unterschied, ob wir $R$
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dazu an Bemerkung~\ref{bem:10-4-2}: Es macht keinen Unterschied, ob wir $R$
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als Ring oder als $R$-Modul lokalisieren. Rechnen Sie als nächstes nach, dass
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als Ring oder als $R$-Modul lokalisieren. Rechnen Sie als Nächstes nach, dass
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das Bild der injektiven Abbildung $S^{-1}ι$ genau die Menge $φ(I)·S^{-1}R$
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das Bild der injektiven Abbildung $S^{-1}ι$ genau die Menge $φ(I)·S^{-1}R$
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ist. Die Abbildung $S^{-1}ι$ identifiziert daher die Mengen $S^{-1}I$ und
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ist. Die Abbildung $S^{-1}ι$ identifiziert daher die Mengen $S^{-1}I$ und
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$φ(I)·S^{-1}R$.
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$φ(I)·S^{-1}R$.
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@ -674,9 +672,9 @@ Im Kontext der Lokalisierung von Ringen stellt sich die Situation wie folgt dar.
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$φ(I)·S^{-1} R ⊂ S^{-1} R$ von nun an häufig mit $S^{-1}I$ notieren.
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$φ(I)·S^{-1} R ⊂ S^{-1} R$ von nun an häufig mit $S^{-1}I$ notieren.
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\end{notation}
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\end{notation}
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\begin{satz}[Verhalten von Idealen unter Lokalisierung]\label{satz:10-6-6}
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\begin{satz}[Verhalten von Idealen unter Lokalisierung]\label{satz:10-6-6}%
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In der Situation von Konstruktion~\ref{kons:loc} (``Lokalisierung von
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In der Situation von Konstruktion~\ref{kons:loc} („Lokalisierung von Ringen“)
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Ringen'') gilt folgendes.
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gilt Folgendes.
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\begin{enumerate}
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\begin{enumerate}
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\item\label{il:10-6-6-1} Alle Ideale in $S^{-1}R$ sind von der Form $S^{-1}I$
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\item\label{il:10-6-6-1} Alle Ideale in $S^{-1}R$ sind von der Form $S^{-1}I$
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für ein Ideal $I ⊂ R$. Genauer: für jedes Ideal $J ⊂ S^{-1}R$ gilt die
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für ein Ideal $I ⊂ R$. Genauer: für jedes Ideal $J ⊂ S^{-1}R$ gilt die
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@ -701,9 +699,9 @@ Im Kontext der Lokalisierung von Ringen stellt sich die Situation wie folgt dar.
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\video{12-2}
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\video{12-2}
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\end{proof}
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\end{proof}
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\begin{kor}[Verhalten von Primidealen unter Lokalisierung]\label{kor:10-6-8}
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\begin{kor}[Verhalten von Primidealen unter Lokalisierung]\label{kor:10-6-8}%
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In der Situation von Konstruktion~\ref{kons:loc} (``Lokalisierung von
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In der Situation von Konstruktion~\ref{kons:loc} („Lokalisierung von Ringen“)
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Ringen'') liefert die Abbildung
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liefert die Abbildung
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\[
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\[
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η: \left\{\text{ Ideale in $S^{-1}R$ } \right\} → \left\{\text{ Ideale in $R$ }
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η: \left\{\text{ Ideale in $S^{-1}R$ } \right\} → \left\{\text{ Ideale in $R$ }
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\right\}, \quad J ↦ φ^{-1}(J)
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\right\}, \quad J ↦ φ^{-1}(J)
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@ -719,22 +717,22 @@ Im Kontext der Lokalisierung von Ringen stellt sich die Situation wie folgt dar.
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$φ^{-1}(J)$ zu $S$ disjunkt ist. Das geht mit einem Widerspruchsbeweis.
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$φ^{-1}(J)$ zu $S$ disjunkt ist. Das geht mit einem Widerspruchsbeweis.
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Angenommen, es gäbe ein $s ∈ φ^{-1}(J)∩ S$. Per Definition der Abbildung $φ$
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Angenommen, es gäbe ein $s ∈ φ^{-1}(J)∩ S$. Per Definition der Abbildung $φ$
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ist dann $\frac{s}{1} ∈ J$, also $\frac{1}{1} = \frac{s}{1}·\frac{1}{s} ∈ J$
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ist dann $\frac{s}{1} ∈ J$, also $\frac{1}{1} = \frac{s}{1}·\frac{1}{s} ∈ J$
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und es folgt $J = S^{-1}R$ Das ist ein Widerspruch zur Annahme, dass $J$ prim
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und es folgt $J = S^{-1}R$. Das ist ein Widerspruch zur Annahme, dass $J$
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ist.
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prim ist.
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Die Abbildung $η$ ist offensichtlich injektiv. Also ist nur noch zu zeigen,
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Die Abbildung $η$ ist offensichtlich injektiv. Also ist nur noch zu zeigen,
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dass jedes Primideal $I ⊂ R$ mit $I ∩ S = ∅$ bereits Urbild eines Primideals
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dass jedes Primideal $I ⊂ R$ mit $I ∩ S = ∅$ bereits Urbild eines Primideals
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in $J ⊂ S^{-1}R$ ist. Sei also ein solches Ideal $I$ gegeben. Um $J$ zu
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in $J ⊂ S^{-1}R$ ist. Sei also ein solches Ideal $I$ gegeben. Um $J$ zu
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finden, wenden wir das Kriterium~\ref{il:10-6-6-3} an: wenn ein Element
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finden, wenden wir das Kriterium~\ref{il:10-6-6-3} an: wenn ein Element $r ∈
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$r ∈ R$ gegeben ist, sodass ein $s ∈ S$ existiert mit $r·s ∈ I$, dann ist $s$
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R$ gegeben ist, sodass ein $s ∈ S$ existiert mit $r·s ∈ I$, dann ist $s$
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logischerweise nicht in $I$. Auf der anderen Seite ist $I$ per Annahme ein
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logischerweise nicht in $I$. Auf der anderen Seite ist $I$ per Annahme ein
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Primideal, sodass $r ∈ I$ sein muss. Kriterium~\ref{il:10-6-6-3} liefert uns
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Primideal, sodass $r ∈ I$ sein muss. Kriterium~\ref{il:10-6-6-3} liefert uns
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also ein Ideal $J ⊂ S^{-1}R$ mit $I = φ^{-1}(J)$. Nach \ref{il:10-6-6-1}
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also ein Ideal $J ⊂ S^{-1}R$ mit $I = φ^{-1}(J)$. Nach \ref{il:10-6-6-1}
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wissen wir sogar ganz genau, was $J$ ist, nämlich $S^{-1}I$.
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wissen wir sogar ganz genau, was $J$ ist, nämlich $S^{-1}I$.
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Jetzt ist nur noch zu zeigen, dass das gefundene Ideal $J$ tatsächlich ein
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Jetzt ist nur noch zu zeigen, dass das gefundene Ideal $J$ tatsächlich ein
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Primideal ist. Seien also zwei Brüche $\frac{a}{b}$ und
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Primideal ist. Seien also zwei Brüche $\frac{a}{b}$ und $\frac{c}{d} ∈
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$\frac{c}{d} ∈ S^{-1}R$ gegeben, sodass
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S^{-1}R$ gegeben, sodass
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\[
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\[
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\frac{a}{b}·\frac{c}{d} = \frac{ac}{bd} ∈ J = S^{-1}I
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\frac{a}{b}·\frac{c}{d} = \frac{ac}{bd} ∈ J = S^{-1}I
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\]
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@ -742,19 +740,19 @@ Im Kontext der Lokalisierung von Ringen stellt sich die Situation wie folgt dar.
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\[
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\[
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∃ α ∈ I: ∃ β ∈ S: \frac{α}{β} = \frac{ac}{bd}.
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∃ α ∈ I: ∃ β ∈ S: \frac{α}{β} = \frac{ac}{bd}.
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\]
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Das bedeutet per Definition von Lokalisierung: es existiert ein Element
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Das bedeutet per Definition von Lokalisierung: Es existiert ein Element $u ∈
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$u ∈ S$ mit $(acβ - α bd)u = 0$. Es folgt also
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S$ mit $(acβ - α bd)u = 0$. Es folgt also
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\[
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ac\underbrace{β u}_{∈ S} = α·bdu ∈ I \text{ da } α ∈ I.
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ac\underbrace{β u}_{∈ S} = α·bdu ∈ I \text{ da } α ∈ I.
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Weil $I$ aber ein Primideal ist und $S ∩ I = ∅$, folgt $ac ∈ I$. Also ist
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Weil $I$ aber ein Primideal ist und $S ∩ I = ∅$, folgt $ac ∈ I$. Also ist $a
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$a ∈ I$ oder $c ∈ I$ und deshalb ist $\frac{a}{b} ∈ S^{-1}I$ oder
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∈ I$ oder $c ∈ I$ und deshalb ist $\frac{a}{b} ∈ S^{-1}I$ oder $\frac{c}{d} ∈
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$\frac{c}{d} ∈ I$. Was zu zeigen war.
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I$. Was zu zeigen war.
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\end{proof}
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\end{proof}
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\begin{kor}
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\begin{kor}
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In der Situation von Konstruktion~\ref{kons:loc} (``Lokalisierung von
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In der Situation von Konstruktion~\ref{kons:loc} („Lokalisierung von Ringen“)
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Ringen'') sei $R$ Noethersch. Dann ist auch $S^{-1}R$ Noethersch.
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sei $R$ Noethersch. Dann ist auch $S^{-1}R$ Noethersch.
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\end{kor}
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\end{kor}
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\begin{proof}
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\begin{proof}
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Es sei $I_1 ⊂ I_2 ⊂ ⋯$ eine aufsteigende Kette von Idealen in $S^{-1}R$.
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Es sei $I_1 ⊂ I_2 ⊂ ⋯$ eine aufsteigende Kette von Idealen in $S^{-1}R$.
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@ -765,22 +763,22 @@ Im Kontext der Lokalisierung von Ringen stellt sich die Situation wie folgt dar.
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Aussage~\ref{il:10-6-6-1} von Satz~\ref{satz:10-6-6} ist dann aber
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Aussage~\ref{il:10-6-6-1} von Satz~\ref{satz:10-6-6} ist dann aber
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\[
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\[
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\underbrace{S^{-1} φ^{-1}(I_n)}_{= I_n} = \underbrace{S^{-1}
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\underbrace{S^{-1} φ^{-1}(I_n)}_{= I_n} = \underbrace{S^{-1}
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φ^{-1}(I_{n+1})}_{= I_{n+1}} = ⋯
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φ^{-1}(I_{n+1})}_{= I_{n+1}} = ⋯.
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\]
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\]
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Also wird bereits die aufsteigende Kette $I_1 ⊂ I_2 ⊂ ⋯$ stationär.
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Also wird bereits die aufsteigende Kette $I_1 ⊂ I_2 ⊂ ⋯$ stationär.
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\end{proof}
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\end{proof}
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\begin{kor}[Lokalisierung von Primidealen liefert lokale Ringe]\label{kor:10-6-9}
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\begin{kor}[Lokalisierung von Primidealen liefert lokale Ringe]\label{kor:10-6-9}%
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In der Situation von Konstruktion~\ref{kons:loc} (``Lokalisierung von
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In der Situation von Konstruktion~\ref{kons:loc} („Lokalisierung von Ringen“)
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Ringen'') sei das multiplikative System $S$ von der Form $S = R ∖ p$, für ein
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sei das multiplikative System $S$ von der Form $S = R ∖ p$, für ein Primideal
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Primideal $p ⊂ R$. Dann gibt es in $S^{-1}R = R_p$ genau ein maximales Ideal,
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$p ⊂ R$. Dann gibt es in $S^{-1}R = R_p$ genau ein maximales Ideal, nämlich
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nämlich $p·R_p = S^{-1}p$.
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$p·R_p = S^{-1}p$.
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\end{kor}
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\end{kor}
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\begin{proof}
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\begin{proof}
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Sei $m ⊂ R_p$ ein maximales Ideal, dann ist $φ^{-1}(m) ⊂ R$ ein Primideal,
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Sei $m ⊂ R_p$ ein maximales Ideal, dann ist $φ^{-1}(m) ⊂ R$ ein Primideal,
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welches nach Korollar~\ref{kor:10-6-8} in $R ∖ S = R ∖ (R ∖ p) = p$ enthalten
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welches nach Korollar~\ref{kor:10-6-8} in $R∖S = R∖(R∖p) = p$ enthalten ist.
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ist. Also folgt aus der Maximalität bereits die Gleichung $φ^{-1}(m) = p$.
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Also folgt aus der Maximalität bereits die Gleichung $φ^{-1}(m) = p$. Mit
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Mit anderen Worten: $m = p · R_p$.
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anderen Worten: $m = p · R_p$.
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\end{proof}
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\end{proof}
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@ -817,10 +815,9 @@ bekommen.
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\begin{description}
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\begin{description}
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\item[\ref{il:10-7-2-1} $⇒$ \ref{il:10-7-2-2}] Sei $R$ ein lokaler Ring und
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\item[\ref{il:10-7-2-1} $⇒$ \ref{il:10-7-2-2}] Sei $R$ ein lokaler Ring und $f
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$f ∈ R$ sei keine Einheit. Dann ist $(f) ≠ R$. Also ist $(f)$ in einem
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∈ R$ sei keine Einheit. Dann ist $(f) ≠ R$. Also ist $(f)$ in einem (dem
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(dem einen) maximalen Ideal enthalten und es ist $(f) ⊂ m$. Also ist
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einen) maximalen Ideal enthalten und es ist $(f) ⊂ m$. Also ist $f ∈ m$.
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$f ∈ m$.
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\item[\ref{il:10-7-2-2} $⇒$ \ref{il:10-7-2-1}] Sei $I ⊊ R$ ein beliebiges
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\item[\ref{il:10-7-2-2} $⇒$ \ref{il:10-7-2-1}] Sei $I ⊊ R$ ein beliebiges
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Ideal. Dann gilt für jedes Element $x ∈ I$, dass $x \not ∈ R^*$ (denn sonst
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Ideal. Dann gilt für jedes Element $x ∈ I$, dass $x \not ∈ R^*$ (denn sonst
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@ -829,11 +826,11 @@ bekommen.
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\end{description}
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\end{description}
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\end{proof}
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\end{proof}
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Wir enden mit dem brühmten ``Lemma von Nakayama''. Dies ist ein Kriterium, mit
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Wir enden mit dem berühmten „Lemma von Nakayama“. Dies ist ein Kriterium, mit
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dem man später in geometrisch relevanten Situationen zeigen kann, dass ein
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dem man später in geometrisch relevanten Situationen zeigen kann, dass ein
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gegebener Modul über einem lokalen Ring verschwindet. Über das Lemma von
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gegebener Modul über einem lokalen Ring verschwindet. Über das Lemma von
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Nakayama lässt sich viel sagen und viel schreiben, aber ich werde mich kurz
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Nakayama lässt sich viel sagen und viel schreiben, aber ich werde mich
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fassen denn ich will so schnell wie möglich zurück zur Geometrie.
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kurzfassen, denn ich will so schnell wie möglich zurück zur Geometrie.
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\begin{lem}[Lemma von Nakayama]
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\begin{lem}[Lemma von Nakayama]
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Sei $R$ ein lokaler Ring mit maximalem Ideal $m$. Weiter sei $M$ ein endlich
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Sei $R$ ein lokaler Ring mit maximalem Ideal $m$. Weiter sei $M$ ein endlich
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Reference in New Issue