在抽象代数 里,主理想 (principal ideal)是可由环 中的一个特定元素所生成的理想 。
与理想类似,也有相关的左主理想 、右主理想 、双边主理想 的概念。
主理想可以用来讨论任意交换幺环当中的整除性,将所有元素之间整除相关的概念重新用主理想的关系表述。所有理想都是主理想的环,称为主理想整环 ,在环论中有特别的重要性。
设
R
{\displaystyle R}
是一个(未必是幺的)环,而
a
∈
R
{\displaystyle a\in R}
是环中一个元素,则由
a
{\displaystyle a}
生成的主理想是所有包含
a
{\displaystyle a}
的理想之交,具体而言:
左主理想 是由形如
n
a
+
r
a
{\displaystyle na+ra}
元素构成的理想, 其中
n
∈
N
{\displaystyle n\in \mathbb {N} }
是整数,
r
∈
R
{\displaystyle r\in R}
。或可写成
Z
a
+
R
a
{\displaystyle \mathbb {Z} a+Ra}
的形式。
右主理想 是由形如
n
a
+
a
r
{\displaystyle na+ar}
元素构成的理想, 其中
n
∈
N
{\displaystyle n\in \mathbb {N} }
是整数,
r
∈
R
{\displaystyle r\in R}
。或可写成
Z
a
+
a
R
{\displaystyle \mathbb {Z} a+aR}
的形式。
双边主理想 则稍复杂。除包含左右理想之元素,还需包含由
a
{\displaystyle a}
左右各乘一
R
{\displaystyle R}
元素(
l
a
r
{\displaystyle lar}
,
l
,
r
∈
R
{\displaystyle l,r\in R}
),并(由理想定义的要求)取加法封闭而得。可写成
Z
a
+
a
R
+
R
a
+
R
a
R
{\displaystyle \mathbb {Z} a+aR+Ra+RaR}
的形式,其元素形如
n
a
+
l
a
+
a
r
+
∑
i
=
1
m
l
i
a
r
i
,
{\displaystyle na+la+ar+\sum _{i=1}^{m}l_{i}ar_{i},}
其中
n
∈
Z
{\displaystyle n\in \mathbb {Z} }
,
r
,
l
∈
R
{\displaystyle r,l\in R}
,
m
∈
R
{\displaystyle m\in R}
,
∀
i
∈
N
{\displaystyle \forall i\in \mathbb {N} }
,若
1
≤
i
≤
m
{\displaystyle 1\leq i\leq m}
则
r
i
,
l
i
∈
R
{\displaystyle r_{i},l_{i}\in R}
。
假若
R
{\displaystyle R}
是交换环 ,则以上定义的三个概念完全等同,可写成
(
a
)
{\displaystyle (a)}
。倘若
R
{\displaystyle R}
是幺环,即带乘法单位元,则左、右、双边理想可以简化成
R
a
{\displaystyle Ra}
、
a
R
{\displaystyle aR}
、
R
a
R
{\displaystyle RaR}
。[ 1]
以下都默认
R
{\displaystyle R}
是一个环,而
a
∈
R
{\displaystyle a\in R}
是环中一个元素。
假如
a
∈
Z
(
R
)
{\displaystyle a\in Z(R)}
,即
a
{\displaystyle a}
处于
R
{\displaystyle R}
的中心 ,那么由它生成的左、右、双边理想相等。更特别地,若
a
=
0
R
{\displaystyle a=0_{R}}
(加法零元),则
Z
a
+
a
R
=
{
0
}
{\displaystyle \mathbb {Z} a+aR=\{0\}}
。
整数环
Z
{\displaystyle \mathbb {Z} }
不仅是交换环还是主理想整环,非零元素整数的主理想是所有这个数的倍数。任取整数生成的理想都是由它们最大公约数生成的主理想。
素元 生成的主理想是素理想 。
交换幺环
A
{\displaystyle A}
中整除性的叙述都可以翻译成主理想的表述[ 2] 。以下
a
,
b
,
c
∈
A
{\displaystyle a,b,c\in A}
:
a
|
b
{\displaystyle a|b}
等价于
(
b
)
⊆
(
a
)
{\displaystyle (b)\subseteq (a)}
。
a
{\displaystyle a}
和
b
{\displaystyle b}
有存在最小公倍
c
{\displaystyle c}
等价于
(
a
)
∩
(
b
)
{\displaystyle (a)\cap (b)}
是主理想,且可由
c
{\displaystyle c}
生成。
a
{\displaystyle a}
和
b
{\displaystyle b}
有存在最大公约
c
{\displaystyle c}
等价于
(
a
)
+
(
b
)
{\displaystyle (a)+(b)}
是主理想,且可由
c
{\displaystyle c}
生成。
^ Thomas W. Hungerford. S. Axler, F.W. Gehring, K.A. Ribet , 编. Algebra . New York: Springer-Verlag New York, Inc. 1974: 123 . ISBN 978-1-4612-6103-2 .
^ Falko Lorenz; Silvio Levy (译者). S. Axler, K.A. Ribet , 编. Algebra Volume I: Fields and Galois Theory. New York: Springer Science+Business Media, Inc. 2006: 34–35. ISBN 978-0387-28930-4 .