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).
In mathematics, Hilbert's Nullstellensatz (German for "theorem of zeros", or more literally, "zero locus theorem") is a theorem that establishes a fundamental relationship between geometry and algebra. This relationship is the basis of algebraic geometry. It relates algebraic sets to ideals in polynomial rings over algebraically closed fields. This relationship was discovered by David Hilbert, who proved the Nullstellensatz in his second major paper on invariant theory in 1893 (following his seminal 1890 paper in which he proved Hilbert's basis theorem).
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.
In the case of several polynomials a linear change of variables allows to suppose that is monic in the first variable x. Then, one introduces new variables and one considers the resultant
As R is in the ideal generated by the same is true for the coefficients in R of the monomials in So, if 1 is in the ideal generated by these coefficients, it is also in the ideal generated by On the other hand, if these coefficients have a common zero, this zero can be extended to a common zero of by the above property of the resultant. This proves the weak Nullstellensatz by induction on the number of variables.
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.
An ideal contains 1 if and only if its reduced Gröbner basis (for any monomial ordering) is 1. The number of the common zeros of the polynomials in a Gröbner basis is strongly related to the number of monomials that are irreducibles by the basis. Namely, the number of common zeros is infinite if and only if the same is true for the irreducible monomials; if the two numbers are finite, the number of irreducible monomials equals the numbers of zeros (in an algebraically closed field), counted with multiplicities. With a lexicographic monomial order, the common zeros can be computed by solving iteratively univariate polynomials (this is not used in practice since one knows better algorithms). Strong Nullstellensatz: a power of p belongs to an ideal I if and only the saturation of I by p produces the Gröbner basis 1. Thus, the strong Nullstellensatz results almost immediately from the definition of the saturation.