Кіріспе

Алгебраның коммутативті сақиналарды зерттейтін саласы – коммутативтік алгебра, бұрын идеалдар теориясы деп аталған, алгебраның коммутативті сақиналарды, олардың идеалдарын және мұндай сақиналар үстіндегі модульдерді зерттейтін саласы. Алгебралық геометрия және алгебралық сандар теориясы коммутативтік алгебраға негізделген. Коммутативті сақиналардың маңызды мысалдары: полиномдық сақиналар; алгебралық бүтін сандардың сақиналары, соның ішінде нақты бүтін сандар; және p-адық бүтін сандар. Коммутативтік алгебра – алгебралық геометрияның басты техникалық құралы, және коммутативтік алгебраның көптеген нәтижелері мен ұғымдары геометриялық ұғымдармен тығыз байланысты. Коммутативті емес сақиналарды зерттеу коммутативті емес алгебра деп аталады; оған сақиналар теориясы, өрнектеу теориясы және Банах алгебраларының теориясы кіреді.

Шолу

Коммутативтік алгебра негізінен алгебралық сандар теориясы мен алгебралық геометрияда кездесетін сақиналарды зерттейді. Алгебралық сандар теориясымен байланысты коммутативтік алгебраның бірнеше түсініктері бар, мысалы, Дедекинд сақиналары (алгебралық сандар теориясында кездесетін коммутативтік сақиналардың басты класы), интегралдық кеңейтулер және бағалау сақиналары. Дала үстіндегі бірнеше белгісіздері бар полиномдық сақиналар – коммутативтік сақиналардың мысалы. Алгебралық геометрия бұл сақиналардың ортақ нөлдерін зерттеуге негізделгендіктен, алгебралық геометрияның көптеген нәтижелері мен түсініктердің коммутативтік алгебрада әріптестері бар, ал олардың атаулары көбінесе олардың геометриялық тегін еске түсіреді; мысалы, "Крулл өлшемі", "сақинаның локализациясы", "жергілікті сақина", "реттелі сақина". Аффиндік алгебралық сан полиномдық сақинадағы жай идеалға сәйкес келеді, ал мұндай аффиндік санның нүктелері осы жай идеалды қамтитын максималды идеалдарға сәйкес келеді. Алғашқыда алгебралық сан бойынша анықталған Зариски топологиясы кез келген коммутативтік сақинаның жай идеалдар жиынына кеңейтілді; осы топология үшін жабық жиындар – берілген идеалды қамтитын жай идеалдар жиындары болып табылады. Сақинаның спектрі – Зариски топологиясымен жабдықталған жай идеалдар және осы топологияның негізіндегі ашық жиындарда сақинаның локализациясы арқылы құрылған сақиналы кеңістік. Бұл схемалар теориясының бастауы, алгебралық геометрияны Гротендик енгізген жалпылау, ол коммутативтік алгебраға күшті негізделген және коммутативтік алгебраның көптеген дамуына ықпал еткен.

Тарих

Алғашқыда идеал теориясы деп аталған бұл тақырып Ричард Дедекиндтің идеалдар жөніндегі еңбегімен басталды, ол Эрнст Кумер және Леопольд Кронекердің бұрынғы жұмыстарына негізделген. Кейін Дэвид Гилберт сақина терминін енгізіп, осымен бұрынғы сандық сақина түсінігін жалпылады. Гилберт күрделі анализ және классикалық инвариант теориясы сияқты нәрселерге негізделген, нақтырақ және есептеуге бағытталған әдістерді ығыстыру үшін көбірек абстрактілі тәсілді ұсынды. Өз кезегінде, Гилберт Эмма Ноэтерге зор ықпал етті, ол көптеген бұрынғы нәтижелерді өсу тізбегі шартына сәйкес қайта қарастырды, бұл қазір Ноэтер шарты деп аталады. Маңызды кезеңнің бірі – Гилберттің шәкірті Эммануэль Ласкердің жұмысы, ол негізгі идеалдарды енгізіп, Ласкер-Ноэтер теоремасының алғашқы нұсқасын дәлелдеді. Коммутативтік алгебраның толыққанды ғылым ретінде қалыптасуына жауапты басты тұлға – Вольфганг Крулл, ол сақинаның локализациясы мен толықтыруы, сондай-ақ реттелген жергілікті сақиналар туралы негізгі ұғымдарды енгізді. Ол Ноэтер сақиналары үшін сақинаның Крулл өлшемінің тұжырымдамасын құрды, содан кейін өз теориясын жалпы бағалау сақиналары мен Крулл сақиналарын қамтуға дейін кеңейтті. Бүгінгі күнге дейін Круллдің негізгі идеал теоремасы коммутативтік алгебрадағы ең маңызды негізгі теорема саналады. Бұл нәтижелер алгебралық геометрияға коммутативтік алгебраны енгізуге жол ашты, бұл идея соңғы ғылымда революция жасады. Коммутативтік алгебраның қазіргі заманғы дамуының көп бөлігі модульдерге баса назар аударады. R сақинасының идеалдары да, R алгебралары да R модульдерінің ерекше жағдайлары болып табылады, сондықтан модуль теориясы идеал теориясы мен сақина кеңейтулер теориясын қамтиды. Бұл Кронекердің жұмысында көрініс тапқанмен, модуль теориясын қолдана отырып, коммутативтік алгебраға қазіргі заманғы көзқарас көбінесе Крулл мен Ноэтерге жатқызылады.

Ноэтериан сақиналары

Эмми Нотер есімімен аталатын Нотерлік сақина – әрбір идеал шекті түрде туындайтын сақина; яғни, кез келген идеалдың барлық элементтерін сақинадағы коэффициенттермен, элементтердің шекті жиынтығының сызықтық комбинациясы ретінде жазуға болады. Көптеген кең таралған коммутативті сақиналар Нотерлік болып табылады, атап айтқанда, әрбір өріс, бүтін сандар сақинасы және олардың үстіндегі бір немесе бірнеше белгісіздері бар полиномдық сақиналар. Өріс үстіндегі полиномдық сақиналардың Нотерлік екендігі Хилберттің негізгі теоремасы деп аталады. Сонымен қатар, көптеген сақиналық құрастырулар Нотерлік қасиетті сақтайды. Атап айтқанда, егер коммутативті R сақинасы Нотерлік болса, онда оның үстіндегі әрбір полиномдық сақина, сондай-ақ сақинаның кез келген гомоморфтік бейнесі, локализациясы немесе толықтырылуы да Нотерлік болады. Нотерлік қасиеттің маңыздылығы оның кең таралғандығында және коммутативтік алгебраның көптеген маңызды теоремаларына қатысты сақиналардың Нотерлік болуын қажет етуінен көрінеді. Бұл, атап айтқанда, Ласкер-Нотер теоремасы, Крулл қиылысу теоремасы және Накаяма леммасы үшін де дұрыс. Бұдан әрі, егер сақина Нотерлік болса, онда ол жай идеалдар бойынша төмендеу тізбегі шартын қанағаттандырады, бұл әрбір Нотерлік жергілікті сақинаның шекті Крулл өлшемі бар екенін білдіреді.

Жергілікті жер

Локализация – берілген сақинаға немесе модульге «бөлшектердің белгісін» (denominator) формалды түрде енгізу тәсілі. Яғни, ол бұрынғы сақинадан/модульден жаңа сақина/модуль құрады, оның элементтері бөлшектер түрінде болады, мұнда белгілер (s) берілген R сақинасының S ішкі жиынынан алынады. Классикалық мысал – бүтін сандардың Z сақинасынан рационал сандардың Q сақинасын құру.

Аяқтау

Толықтыру – сақиналар мен модульдердегі бірнеше байланысты функторлардың нәтижесі болып табылатын, толық топологиялық сақиналар мен модульдерді тудыратын процесс. Толықтыру локализацияға ұқсас және олар коммутативтік сақиналарды талдаудағы ең негізгі құралдардың бірі болып табылады. Толық коммутативтік сақиналар жалпы сақиналарға қарағанда қарапайым құрылымға ие және оларға Хенсел леммасы қолданылады.

Бастапқы идеалдар бойынша Зариски топологиясы

Зариски топологиясы сақина спектрінде топологияны анықтайды (жақын идеалдар жиынтығы). Бұл тұжырымдамада Зариски жабық жиындары A – белгілі бір коммутативті сақина және I – идеал болатын жиынтықтар ретінде қарастырылады. Бұл классикалық Зариски топологиясымен салыстырылатын анықтама, онда аффиндік кеңістіктегі жабық жиындар полиномдық теңдеулермен анықталады. Бұл байланысты түсіну үшін, Хилберттің Нөлдік теоремасынан (алгебралық жабық өріс үшін) S полиномдар жиыны үшін V(S) (ескі мағынада) нүктелерінің дәл (a1, ..., an) түбірлер жиынынан тұратынын білеміз, мұнда (x1 – a1, ..., xn – an) идеалы S-ті қамтиды; одан әрі, бұл жақын идеалдар болып табылады және «әлсіз» Нөлдік теоремаға сәйкес, кез келген аффиндік координаттық сақинаның идеалы жақын болады, егер және тек қана осы формада болса. Осылайша, V(S) – S-ні қамтитын жақын идеалдармен «бірдей». Гротендиктің Spec анықтамасындағы инновациясы – жақын идеалдарды барлық жай идеалдармен алмастыру болды; осы тұжырымдамада сақина спектріндегі жабық жиынның анықтамасына осы байқауды жалпылау логикалық түрде табиғи.

Алгебралық геометриямен байланысы

Коммутативтік алгебра (алгебралық сорттардың анықтамасындағы полиномиялық сақиналар мен олардың бөлінділері түрінде) әрқашан алгебралық геометрияның бір бөлігі болды. Алайда, 1950 жылдардың соңында алгебралық сорттар Александр Гротендиктің схема түсінігіне енді. Олардың жергілікті объектілері – аффиндік схемалар немесе жай спектрлер, олар жергілікті сақиналы кеңістіктер болып табылады және коммутативті бірлік сақиналар санатымен антиэквивалентті (қос) категорияны құрайды, бұл k өрісіндегі аффиндік алгебралық сорттар санаты мен шекті түрде туындыланған k алгебралар санаты арасындағы қос байланысты кеңейтеді. Біріктіру Зариски топологиясы бойынша жүзеге асырылады; біреу жергілікті сақиналы кеңістіктер санатында біріктіре алады, сондай-ақ Йонеда енгізуін пайдаланып, аффиндік схемалар санатынан абстрактілі жиындықтар санатында біріктіре алады. Жиын теориялық мағынадағы Зариски топологиясы Гротендик топологиясы тұрғысынан қарастырылатын Зариски топологиясымен алмастырылады. Гротендик, қалың Зариски топологиясынан гөрі, экзотикалық, бірақ геометриялық тұрғыдан нәзік және сезімтал мысалдарды ескере отырып, Гротендик топологияларын енгізді, атап айтқанда эталь топологиясы және екі жалпақ Гротендик топологиясы: fppf және fpqc. Бүгінде басқа мысалдар да маңызды болды, соның ішінде Нисневич топологиясы. Шешелер одан әрі Гротендик мағынасындағы стектерге жалпыланады, әдетте кейбір қосымша бейнелеу шарттарымен, Артин стектеріне және одан да нәзік Делинье-Мамфорд стектеріне алып келеді, екеуі де көбінесе алгебралық стектер деп аталады.