40 votos

Es cierto que, como $\Bbb Z$-módulos, el polinomio anillo y el poder de la serie de anillo sobre enteros son duales entre sí?

Es cierto que, en la categoría de $\mathbb{Z}$-módulos, $\operatorname{Hom}_{\mathbb{Z}}(\mathbb{Z}[x],\mathbb{Z})\cong\mathbb{Z}[[x]]$$\operatorname{Hom}_{\mathbb{Z}}(\mathbb{Z}[[x]],\mathbb{Z})\cong\mathbb{Z}[x]$?

La primera isomorfismo es fácil, ya que cualquier homomorphism asigna un número entero a$x^i, \forall\ {i>0}$, lo que determina la potencia de la serie. Para el segundo uno podría pensar que del mismo modo que si $S$ es el conjunto de todo el poder de la serie con los no-cero término constante, a continuación,$\mathbb{Z}[[x]]=0\oplus{S}\oplus{x}S\oplus{x^2}S\dots$, pero no acaba de funcionar ya que no es claro cómo mapa de $S$.

41voto

Bob Somers Puntos 4186

Sí: este es un viejo castaño. Permítanme escribir $\oplus_n\mathbf{Z}$ de lo que usted llame a $\mathbf{Z}[x]$ $\prod_n\mathbf{Z}$ de lo que usted llame a $\mathbf{Z}[[x]]$ (todos los productos y sumas de estar sobre el conjunto {$0,1,2,\ldots$}). Claramente el homs desde el producto a $\mathbf{Z}$ contienen la suma; el problema es la comprobación de que la igualdad se mantiene. Así que decir que me he a $f:\prod_n\mathbf{Z}\to\mathbf{Z}$ y déjame probar $f$ está en la suma.

Vamos $e_n$ ($n\geq0$) ser la $n$th base elemento en el producto (por lo tanto, lo que usted llama $x^n$). En primer lugar me afirmación de que $f(e_n)=0$ todos los $n$ lo suficientemente grande. Vamos a probar esta contradicción. Si eran falsos, a continuación, me gustaría tener una infinidad de $n$$f(e_n)\not=0$, así que tirando de la $e_n$ tal que $f(e_n)=0$ (esto es solo para la simplicidad de notación; de lo contrario tendría que dejar este conjunto infinito de $n$ ser llamado $n_0$, $n_1\ldots$ e introducir otro subíndice) podemos muy bien suponer que los $f(e_n)=c_n\not=0$ todos los $n=0,1,2,\ldots$. Ahora elegir cualquier edad enteros $d_i$ tal que $\tau:=\sum_{i\geq0}2^id_ic_i$, un 2-ádico entero, no es en $\mathbf{Z}$ (esto se puede hacer fácilmente: una infinidad de $d_i$ son "la última a cambio de un dígito binario de $\tau$" y por lo tanto uno puede recursivamente descartar todos los elementos de a $\mathbf{Z}$), y se considerará el número entero $t:=f(\sum_{i\geq0}2^id_ie_i)\in\mathbf{Z}$. El punto es que $\sum_{i\geq N}2^id_ie_i$ es un múltiplo de a $2^N$ en el producto, y por lo tanto su imagen en $f$ debe ser un múltiplo de $2^N$$\mathbf{Z}$. Así que uno comprueba fácilmente que $t-\tau$ es congruente a cero mod $2^N$ todos los $N\geq1$ y, por tanto,$t=\tau$, una contradicción.

[Comentario: en mi primera "respuesta" a esta pregunta, me he detenido aquí. Gracias a Qiaochu para señalar que mi respuesta aún no era completa.]

Podemos deducir que $f$ está de acuerdo con un elemento $P$ de la suma en el subgrupo $\oplus_n\mathbf{Z}$$\prod_n\mathbf{Z}$. Así que ahora vamos a considerar $f-P$; este es un mapa desde el producto a $\mathbf{Z}$ que es cero en la suma, y nuestro trabajo es mostrar que es cero. Hasta ahora he utilizado el hecho de que $\mathbf{Z}$ tiene un primer pero ahora necesito usar el hecho de que tiene dos. En primer lugar, cualquier mapa de $(\prod_n\mathbf{Z})/(\oplus_n\mathbf{Z})\to\mathbf{Z}$ es claro que iba a desaparecer en la infinitamente $p$-divisible elementos de la mano izquierda para cualquier tamaño de prime $p$ (porque no hay ningún infinitamente $p$-divisible elementos de $\mathbf{Z}$ otros de $0$). En particular, se desvanecerá en elementos de $\prod_n\mathbf{Z}$ de la forma $(c_0,c_1,c_2,\ldots,c_n,\ldots)$ con la propiedad de que $c_n$ tiende a cero $p$-adically. Llame a una secuencia "$p$-adically convergente de la secuencia". Pero utilizando el Teorema del Resto Chino es trivial comprobar que cada elemento de a $\prod_n\mathbf{Z}$ es la diferencia de un 2-adically convergente de la secuencia y un 3-adically convergente de la secuencia, y así que ahora tenemos que hacer.

Comentario: yo podría estar haciendo una comida de este. Mi memoria de lo que Kaplansky escribe es la que se utiliza la segunda mitad de mi argumento, pero hace algo un poco más simple para la primera mitad.

18voto

Richard Stanley Puntos 19788

Le doy a este problema cada año en la solución de problemas seminario. Aquí está la solución que me escribió. Yo estoy usando el $f$ en lugar de $\varphi$ $e_n$ en lugar de $x^n$.

Deje $x=(x_1,x_2,\dots)$. Desde $2^n$ y $3^n$ son relativamente primos, existen enteros $a_n$ $b_n$ para que $x_n=a_n2^n+b_n3^n$. Por lo tanto $f(x)=f(y)+f(z)$, donde $ $ y = (2a_1, 4a_2, 8a_3,\dots)$ and $z=(3b_1,9b_2,27b_3,\dots)$. Ahora para cualquier $k\geq 1$ hemos $$ f(y) = f(2a_1,4a_2,\dots,2^{k-1}a_{k-1},0,0, \dots) $$ $$ \qquad + f(0,0,\dots,0,2^ka_k,2^{k+1}a_{k+1},\dots) $$
$$ \qquad= 0+2^kf(0,0,\dots,0,a_k,2a_{k+1},4a_{k+2},\dots). $$
Por lo tanto $f(y)$ es divisible por $2^k$ todos los $k\geq 1$, por lo que $f(y)=0$. Del mismo modo $f(z)$ es divisible por $3^k$ para la totalidad de los $k\geq 1$, so $f(z)=0$. Hence $f(x)=0$.

Ahora vamos a $a_i=f(e_i)$. Definir enteros $0< n_1 < n_2 <\cdots$ such that for all $k\geq 1$, $$ \sum_{i=1}^k|a_i|2^{n_i} < \frac 12 2^{n_{k+1}}. $$ (Es evidente que esto es posible --- una vez $n_1,\dots,n_k$ han sido elegidos, simplemente elija $n_{k+1}$ suficientemente grande). Considerar $x=(2^{n_1}, 2^{n_2}, \dots)$. Entonces $$ f(x) = f(a_1e_1 + \cdots + a_k e_k +2^{n_{k+1}} (e_{k+1}+2^{n_{k+2}-n_{k+1}}e_{k+2}+\cdots))$$ $$ \qquad= \sum_{i=1}^ka_i 2^{n_i}+2^{n_{k+1}}b_k, $$ donde $b_k=f(e_{k+1}+2^{n_{k+2}-n_{k+1}}e_{k+2}+\cdots)$. Por lo tanto, por el el triángulo de la desigualdad, $$\left| 2^{n_{k+1}}b_k\right| < \left| \sum_{i=1}^k a_i 2^{n_i}\right| + |f(x)| $$ $$ \qquad < \frac 12 2^{n_{k+1}} + |f(x)|. $$ Por lo tanto para suficientemente grande $k$ tenemos $b_k=0$ [żpor qué?]. Desde $$ b_j - 2^{n_{j+2}-n_{j+1}}b_{j+1}=f(e_{j+1})\ \ \mbox{[żpor qué?]}, $$ tenemos $f(e_k)=0$ $k$ suficientemente grande.}

4voto

JimmyJ Puntos 1443

Yo así lo creo. Deje $f$ ser un homomorphism de$\mathbb Z[[x]] $$\mathbb Z$. MAL: Vamos a $f(x^i)=a_i$. Entonces a partir de la $f(1+x+x^2...) \in \mathbb Z$, debemos tener $a_i=0$$i\gg 0$. Para cada mapa puede ser identificado con un elemento en $\mathbb Z[x]$.

Un intento de redención: de hecho, encontré una referencia a cuando el doble de producto directo de un anillo es suma directa de:

www-users.mat.uni.torun.pl/~gregbob/seminarios/2008.11.07 b.pdf

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X