Кіріспе

Алгебралық түрлер мен полиномиялық идеалдар арасындағы байланыс. Математикада Гилберттің Nullstellensatz ("нөлдер теоремасы" немесе тура мағынада "нөлдік орны теоремасы") – геометрия мен алгебра арасындағы маңызды қатынасты орнататын теорема. Бұл қатынас алгебралық геометрияның негізі болып табылады. Ол алгебралық жабық денелердегі полиномиялық сақиналардағы идеалдармен алгебралық жиындарды байланыстырады. Бұл қатынасты Дэвид Гилберт 1893 жылы инварианттар теориясы бойынша жариялаған екінші мақаласында дәлелдеді (ал 1890 жылы Гилберттің негізгі теоремасын дәлелдеген алғашқы мақаласынан кейін).

Дәлелдендіру

Теореманың көптеген дәлелдемелері белгілі. Біріншісі сияқты, кейбіреулері конструктивті емес. Ал басқалары конструктивті, себебі олар 1-ді көрсетуге арналған алгоритмдарға немесе идеалдың генераторларының сызықтық комбинациясына негізделген.

Зариски леммасын қолдану

Зарискидің леммасы егер өріс k өрісі бойынша ассоциативтік алгебра ретінде шекті түрде туындаса, онда ол k өрісінің шекті кеңейтілуі болады (яғни, ол векторлық кеңістік ретінде де шекті түрде туындайды) деп тұжырымдайды. Міне, осы лемманы қолдана отырып дәлелдеудің жобасы. (k алгебралық жабық өріс), I – A идеалы, ал V – I-дің ортақ нөлдері. Әрине, деп аламыз. Содан кейін, A-дағы кейбір жай идеал үшін . және – A-дағы максималды идеал болсын. Зариски леммасы бойынша, – k өрісінің шекті кеңейтілуі; демек, k алгебралық жабық болғандықтан, ол k-ға тең. – табиғи проекция арқылы өтетін элементтерінің бейнесі болсын. Одан және екендігі шығады.

Нәтижелерді пайдалану

Әлсіз форманың келесі конструктивті дәлелі ең көне дәлелдердің бірі (күшті форма Рабиновичтің трюгінен туындайды, ол да конструктивті). x және басқа айнымалыларға тәуелді екі полиномның нәтижесі – бұл екі полиномның жасайтын идеалында болатын, басқа айнымалылардағы полином, және мынадай қасиеттерге ие: егер полиномдардың бірі x бойынша мономиал болса, нәтиженің кез келген нөлін (басқа айнымалыларда) екі полиномның ортақ нөліне кеңейтуге болады. Дәлел келесідей: егер идеал x-ке тәуелді тұрақты емес p полиномымен жаратылған негізгі идеал болса, онда басқа айнымалыларға кездейсоқ мәндер таңдалады. Алгебраның негізгі теоремасы бұл таңдауды p-нің нөліне дейін кеңейтуге болатынын көрсетеді. Егер бірнеше полином болса, айнымалыларды сызықтық түрлендіру бірінші айнымалы x бойынша мономиал деп қарауға мүмкіндік береді. Содан кейін жаңа айнымалылар енгізіледі және нәтижелі сан қарастырылады. R идеалда жаратылғандықтан, осыған ұқсас нәрсе R-дегі коэффициенттердің мономиалдары үшін де дұрыс. Демек, егер 1 осы коэффициенттермен жаратылған идеалда болса, ол сондай-ақ идеалда да болады. Егер осы коэффициенттердің ортақ нөлі болса, онда бұл нөл нәтиженің жоғарыдағы қасиеті арқылы екі полиномның ортақ нөліне дейін кеңейтіледі. Бұл айнымалылар саны бойынша индукция арқылы әлсіз Nullstellensatz-ті дәлелдейді.

Гробнер негіздерін қолдану

Гробнер негізі – 1973 жылы Бруно Бухбергер енгізген алгоритмдік ұғым. Қазіргі уақытта ол есептеу геометриясындағы маңызды құрал болып табылады. Гробнер негізі – идеалдың қасиеттерін оңай анықтауға мүмкіндік беретін, идеалдың ерекше генерациялық жиынтығы. Nullstellensatz-бен байланысты келесілерді атауға болады: Идеал 1-ді қамтиды, егер және тек оның қысқартылған Гробнер негізі (кез келген мономиалдық реттеу үшін) 1-ге тең болса. Гробнер негізіндегі көпмүшелердің ортақ нөлдерінің саны, негіз бойынша азайтылмайтын мономиалдардың санымен тікелей байланысты. Атап айтқанда, ортақ нөлдердің саны шексіз болса және тек қана азайтылмайтын мономиалдар үшін де солай болса; егер екі сан да шекті болса, азайтылмайтын мономиалдардың саны, нөлдердің санына (алгебралық жабық өрісте) көбейтулермен бірге тең болады. Лексикографиялық мономиалдық реттеуді қолдану арқылы ортақ нөлдерді біркелкі көпмүшелерді қайта-қайта шешу арқылы есептеуге болады (бірақ бұл практикада жиі қолданылмайды, себебі тиімдірек алгоритмдер белгілі). Күшті Nullstellensatz: p-нің дәрежесі I идеалына жатады, егер және тек қана I-ді p-мен қанықтыру нәтижесінде Гробнер негізі 1-ге тең болса. Осылайша, қанықтырудың анықтамасынан күшті Nullstellensatz дерлік тікелей шығады.