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Es $\{0\}$ un campo?

Consideremos el conjunto $F$ que consiste en el elemento único de $I$. Definir la suma y la multiplicación tales que $I+I=I$ e $I \times I=I$ . Este anillo se satisface el campo axiomas:

  • Cierre bajo, además. Si $x, y \in F$, entonces $x = y = I$, entonces $x + y = I + I = I \in F$.
  • Cierre bajo la multiplicación. $x \times y = I \times I = I \in F$
  • La existencia de identidad aditiva. $\forall x \in F$ (es decir, por $x=I$), $x + I = x$, entonces $I$ es la identidad aditiva.
  • La existencia de mulitiplicative identidad. $\forall x \in F, x \times I = x$, entonces $I$ es la identidad multiplicativa.
  • Inverso aditivo. $\forall x \in F, \existe y = I \in F: x + y = I$
  • Inverso multiplicativo. $\forall x \in F, \existe y = I \in F: x \times y = I$. Sin embargo, debido a la identidad aditiva no tiene un inverso multiplicativo, este es un vacío de la verdad.
  • Conmutatividad de la suma. $\forall x, y \in F, x + y = I = y + x$
  • Conmutatividad de la multiplicación. $\forall x, y \in F, x \times y = I = y \x veces$
  • La asociatividad de la suma. $\forall x, y, z \in F$, $(x + y) + z = I + I = I$ y $x + (y + z) = I + I = I$, entonces $(x + y) + z = x + (y + z)$
  • La asociatividad de la multiplicación. $\forall x, y, z \in F$, $(x \times y) \times z = I \times I = I$ y $x \times (y \times z) = I \times I = I$, entonces $(x \times y) \times z = x \times (y \times z)$
  • La distributividad de la multiplicación sobre la adición. $I \times (I + I) = I$ e $I \times I + I \times I = I$, entonces $\forall x,y,z \in F, x(y+z) = xy+xz$

Con base en lo anterior, $\{I\}$ parece calificar como un campo.

Si $I$ se supone que es un número real, entonces la solución única de $I + I = I$ e $I \times I = I$ es, por supuesto, $I = 0$.

Así, es de {0} un campo, o hay un campo adicional axioma de la que se excluye? Específicamente, se requiere que la identidad multiplicativa que ser distinta de la identidad aditiva?

33voto

Matt Dawdy Puntos 5479

En los comentarios que afirmaban que el cero del anillo no es un campo para la misma razón que $1$ no es primo. Permítanme hacer esta conexión precisa.

Por el Artin-teorema de Wedderburn, cualquier semisimple anillo conmutativo es únicamente el producto directo de una colección finita de campos (con la definición habitual de campo). Este teorema falla si se permite que el cero del anillo de ser un campo, ya que el cero del anillo es la identidad para el producto directo: a continuación, para cualquier campo $F$ tendríamos $F \cong F \times 0$.

La "correcta" de reemplazo para el axioma de que cada elemento distinto de cero tiene un inverso es el axioma de que hay exactamente dos ideales. El cero del anillo no satisface este axioma porque tiene un ideal. Esto tiene sentido geométrico: a grandes rasgos implica que el espectro se compone de un punto, mientras que el espectro de la zero anillo está vacía.

De forma análoga, si desea que cada gráfico a ser el único distinto de la unión de conectado de gráficos, es necesario exigir que el vacío gráfico no está conectado. Aquí la "correcta" de reemplazo para el axioma de que hay un camino entre cada par de vértices es el axioma de que no es exactamente un componente conectado.

31voto

rschwieb Puntos 60669

La respuesta ya ha sido dada, que, en general, no queremos que $1=0$. El elemento $I$ de la singleton conjunto de las que están hablando es elegido normalmente $0$ en lugar de eso, así que por eso estoy usando $\{0\}$ para denotar el anillo.

He aquí una razón por la que el anillo $\{0\}$ no hacer un buen campo:

$\{0\}^n\cong \{0\}$ para $n$ como un "espacio vectorial", que no encaja muy bien con la singularidad de la dimensión de los espacios vectoriales sobre otros campos.

Aunque no se trata de un auténtico campo, usted puede estar interesado en el artículo wiki en "campo con un solo elemento". Se da la motivación para una situación excepcional donde hace un poco de sentido pensar en algo como un campo con un solo elemento, pero no es realmente un conjunto de satisfacciones en el campo de los axiomas.

De nuevo, el tema de que el artículo relacionado en el párrafo anterior no es en realidad un campo en todo, a pesar de que el nombre dado a él. Ver "campo" y "un elemento" hace que sea tentador llegar a la conclusión de que $\{0\}$ es el tema de discusión (pero no es).

17voto

Bryan Roth Puntos 3592

Me deja compilar algunos comentarios en una respuesta.

Por ahora parece claro que la cuestión se basa en un error / memoria defectuosa del campo axiomas. Me dicen que es completamente estándar que $1 \neq 0$ se incluye en el campo axiomas. Por "completamente estándar", me refiero a que cada fuente de confianza sobre el tema en los últimos $50$ de años hace de esta manera, y que al menos el 99,9% de las personas que hablan acerca de los "campos" en el resumen algebraicas sentido decir incluir a este axioma.

Si no se incluye este axioma, entonces, como otros han señalado, la única estructura que se obtiene es lo que usualmente se conoce como el cero del anillo: la única, hasta el isomorfismo anillo con un único elemento, que por lo tanto actúa como un aditivo de identidad $0$ y una identidad multiplicativa $1$.

(El cero del anillo es sin duda un anillo, aunque una pequeña minoría de fuentes confiables que la excluyen. No deberían de hacer lo que queremos, para cualquier ideal I $$ en un anillo de $R$, para definir el cociente del anillo $R/I$. Si $I = R$, a continuación, este cociente es el cero del anillo. Usted podría pensar: "bueno, muy Bien, vamos a decir que no podemos tomar el cociente por el ideal $I = R$. Por ejemplo, tal vez vamos a decir que $R$ no es un ideal de $R$". Pero esto es una mala convención, especialmente el último, ya que en la práctica un ideal es a menudo determinado por un conjunto de generadores, y por lo general no se puede decir mirando a los generadores ya que generan la unidad ideal $R$ o no. Por ejemplo, si $a_1,\ldots,a_n$ son números enteros, entonces de acuerdo a este convenio sólo podemos considerar el anillo de $\mathbb{Z}/\langle a_1,\ldots,a_n \rangle$, si hay algo de $d \geq 2$, que divide a cada uno de $a_1,\ldots,a_n$. Así que tenemos trabajo que hacer antes de saber si nos pueden escribir el cociente del anillo o no! En el más complicado de los anillos de esto se hace más difícil o prácticamente imposible.)

Las razones para la exclusión de la zero anillo de ser un campo ya han sido bien descrito por otros. En particular, la perspectiva moderna sobre anillos conmutativos es centrar la atención en los módulos de todo el anillo. (Un inciso, la Morita de la teoría en la conmutativa caso simplemente se dice que dos anillos conmutativos con isomorfo módulo de categorías son isomorfos.) Pero el único módulo sobre el cero del anillo es el cero del módulo. Así, a diferencia de todos los demás anillos de satisfacción de los restantes campo axiomas, no hay ninguna que no sea trivial espacios vectoriales sobre el cero del anillo y por lo tanto no trivial de álgebra lineal. También tenemos la importante noción de un módulo sencillo, que es un módulo distinto de cero con sólo el cero módulo como un submódulo, y no es el hecho importante de que si $N \subconjunto de M$ son $R$-módulos, entonces $N$ es un maximal submódulo de $M$ ffi $M/N$ es un módulo sencillo.

Entonces existe la noción de un simple anillo conmutativo, que es un anillo tal que $R$ es simple como un $R$-módulo. Esto significa que $R$ no es el cero del anillo, pero la única ideales de $R$ $(0)$ y $R$. Es fácil ver que un anillo conmutativo si un simple iff es un campo. En particular, dado que los ideales son $R$-submódulos de $R$, un ideal $I$ de $R$ es máxima iff $R/I$ es un campo. Como Qiaochu Yuan le gusta decir, el cero del anillo es "demasiado simple para ser simple": inclusión como un campo de tornillo de todo esto.

Permítanme terminar con algunos comentarios acerca de olvido sobre el campo axioma $1 \neq 0$. En el contexto de análisis de los cursos, los campos aparecen en el comienzo, pero sólo de un modo muy superficial. Cada texto de análisis sé que trata de campos incluye $1 \neq 0$ entre el campo axiomas. Sin embargo, acabo de comprobar Rudin los Principios de Análisis Matemático y Spivak del Cálculo, y a pesar de que lo incluyen, lo hacen de una manera que hace que sea fácil de olvidar. Es decir, que la puso en una especie de piloto en el axioma de la existencia de una identidad multiplicativa. Desde la perspectiva de álgebra abstracta esta es una extraña enfoque, ya que la existencia de una identidad multiplicativa es uno de los axiomas de anillo, y no es un anillo en el que $0 = 1$, por lo que no debería decir que $0 \neq 1$ en el mismo soplo que estamos afirmando la existencia de $1$. Pero no encuentro la definición de un anillo de análisis real, normalmente.

Por otro lado, observe cómo el campo axiomas están expresados en $\$ S 1.2 de estos honores de cálculo de notas escritas por un algebrista. Hace que sea más difícil olvidar que $0 \neq 1$!

16voto

Belgi Puntos 12598

Uno requiere de $1_{F}\neq0_{F}$ entonces $\{0\}$ no es un campo.

8voto

Navid Puntos 21

Estoy citando a Lang de Álgebra p. 84: "Un anillo $A$ que $1 \neq 0$ y tales que todo elemento distinto de cero es invertible se llama una división del anillo...Un conmutativa de la división de anillo se llama un campo". Por lo tanto, por definición, un campo debe contener al menos dos elementos distintos.

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