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Teorema de Krull-Akizuki sin axioma de elección

La motivación Esta pregunta vino de mis esfuerzos para resolver este problema presentado por André Weil en 1951.

Se utilizarán las definiciones en mis respuestas a esta pregunta. Podemos demostrar el siguiente teorema sin el Axioma de Elección?

Teorema de Deje $A$ ser débilmente Artinian integral de dominio. Deje $K$ a ser el campo de fracciones de $A$. Deje $L$ ser finito campo de la extensión de $K$. Deje $B$ ser un sub-anillo de L que contiene a $A$. A continuación, las siguientes afirmaciones de espera.

(1) Todos los ideales de a $B$ es generado finitely

(2) Todos los no-cero el primer ideal de $B$ es máxima.

(3) $leng_A B/I$ es finito para cada distinto de cero ideal $I$$B$.

EDITAR ¿Por qué preocuparse por el axioma de elección?

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kubi Puntos 20607

He tomado prestada la idea de la Bourbaki la prueba de Krull-Akizuki teorema.

Lema 1 Dejar que Un ser débilmente Artinian integral de dominio. Deje $M$ ser una torsión $A$-módulo de finito tipo. A continuación, $leng_A M$ es finito.

Prueba: Deje $x_1, ..., x_n$ a ser la generación de elementos de $M$. Existe un elemento no nulo $f$ $A$ tal que $fx_i = 0$, $i = 1, ..., n$. Deje $\psi:A^n \rightarrow M$ ser el de morfismos definido por $\psi(e_i) = x_i$, $i = 1, ..., n$, donde $e_1, ..., e_n$ es la base canónica de $A^n$. Desde $leng_A A^n/fA^n$ es finito y $\psi$ induce un surjective mophism $A^n/fA^n \rightarrow M$, $leng_A M$ es finito. QED

Lema 2 Dejar que Un ser débilmente Artinian integral de dominio. Deje $K$ a ser el campo de fracciones de $A$. Deje $M$ ser una de torsiones $A$-módulo de finito tipo. Deje $r = dim_K M \otimes_A K$. Deje $f$ ser un elemento no nulo de a $A$. A continuación, $leng_A M/fM \leq r(leng_A A/fA)$

Prueba: Existe una $A$-submódulo $L$ $M$ tal que $L$ es isomorfo a $A^r$ $Q = M/L$ es una de torsión módulo de finito de tipo más de $A$. Por lo tanto, por el Lema 1, $leng_A Q$ es finito. Deje $n \geq 1$ ser cualquier número entero. El núcleo de $M/f^nM \rightarrow Q/f^nQ$ $(L + f^nM)/f^nM$ que es isomorfo a $L/(f^nM \cap L)$. Desde $f^nL \subset f^nM \cap L$, $leng_A M/f^nM \leq leng_A L/f^nL + leng_A Q/f^nQ \leq leng_A L/f^nL + leng_A Q$. Desde $M$ es de torsiones, $f$ induce isomorfismo $M/fM \rightarrow fM/f^2M$. Por lo tanto $leng_A M/f^nM = n(leng_A M/fM)$. Del mismo modo $leng_A L/f^nL = n(leng_A L/fL)$. Por lo tanto $leng_A M/fM \leq leng_A L/fL + (1/n) leng_A Q$. Desde $L$ es isomorfo a $A^r$, $leng_A L/fL = r(leng_A A/fA)$. Por lo tanto, dejando $n \rightarrow \infty$, $leng_A M/fM \leq r(Leng_A A/fA)$. QED

Lema 3 Dejar que Un ser débilmente Artinian integral de dominio. Deje $K$ a ser el campo de fracciones de $A$. Deje $M$ ser una de torsiones $A$-módulo. Supongamos $r = dim_K M \otimes_A K$ es finito. Deje $f$ ser un elemento no nulo de a $A$. A continuación, $leng_A M/fM \leq r(Leng_A A/fA)$

Prueba: Deje $(M_i)_I$ ser parte de la familia de finitely generadas $A$-submódulos de $M$. $M/fM = \cup_i (M_i + fM)/fM =\cup_i M_i/(M_i \cap fM)$. Desde $fM_i \subset M_i \cap fM$, $M_i/(M_i \cap fM)$ es isomorfo a un cociente de $M_i/fM_i$. Por lo tanto, por el Lema 2, $leng_A M_i/(M_i \cap fM) \leq r(leng_A A/fA)$. Por lo tanto, Por el Lema 4 de este, $leng_A M/fM \leq r(leng_A A/fA)$ QED

Lema 4 Dejar que Un ser débilmente Artinian integral de dominio. Deje $K$ a ser el campo de fracciones de $A$. Deje $L$ ser finito campo de la extensión de $K$. Deje $B$ ser un sub-anillo de $L$ contiene $A$. A continuación, $leng_A B/fB$ es finito para cada elemento no nulo $f \in B$.

Prueba: Desde $L$ es una extensión finita de $K$, $a_rf^r + ... + a_1f + a_0 = 0$, donde $a_i \in A, a_0 \neq 0$. A continuación,$a_0 \in fB$. Desde $B \otimes_A K \subset L$, $dim_K B \otimes_A K \leq [L : K]$. Por lo tanto, por el Lema 3, $leng_A B/a_0B$ es finito. Por lo tanto $leng_A B/fB$ es finito. QED

La prueba del teorema de título Por el Lema 2 de mi respuesta a esto, $B$ es débilmente Artinian. Por lo tanto, por esto, hemos terminado. QED

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