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Cero-divisores y unidades en $\mathbb Z_4[x]$

Consideremos el anillo de $\mathbb Z_4[x]$. Claramente los elementos de la forma $2f(x)$ son divisores de cero.

1. Es cierto que son todos los divisores de cero? Me refiero a que es cierto que si $p(x)$ es un divisor de cero, entonces es de la forma $$ 2f(x) $$ para algunos $f(x) \in \mathbb Z_4[x]$? En otras palabras, es el conjunto de cero divisores exactamente el ideal $(2)$?

Yo creo que es cierto, pero no sé cómo demostrarlo.

En segundo lugar, los elementos $1+g(x)$, $g(x)$ divisores de cero, son claramente unidades: $(1+g(x))^2=1$.

2. Es cierto que son todas las unidades? Me refiero a que es cierto que si $p(x)\in \mathbb Z_4[x]$ es una unidad, entonces es de la forma $$ 1+g(x) $$ para algunos de cero divisor $g(x)$?

4voto

David HAust Puntos 2696

Ambos resultados se derivan de general caracterizaciones de cero-divisores y unidades en el polinomio anillos. Es más perspicaz (y así de simple) para dar a los generales de las pruebas, entonces se especializan como a continuación.

$\rm(1)\ $ McCoy el teorema de los estados: $ $ si $\rm\:f\in R[x]\:$ es un cero-divisor, a continuación, $\rm\:r\,f = 0\:$ para algunos distinto de cero $\rm\:r\in R.\:$ Por lo tanto $\rm\,f\,$ cero divisor en $\rm\:\Bbb Z_4[x]\:\Rightarrow\:c\,f = 0\:$ $\rm\:0\ne c\in \Bbb Z_4,\,$ $\rm\:\Bbb Z[x],\,\ 4\:|\:cf,\ 4\nmid c,f\:\Rightarrow\:2\:|\:c,f.\ $

$\rm(2)\ $ Es muy fácil demostrar que $\rm\:f(x)\in R[x]\:$ es una unidad iff $\rm\:f(0)\:$ es una unidad y todos los demás coeficientes son distintos de cero nilpotent. Pero la única nilpotent en $\rm\,\Bbb Z_4\,$$\,2$.

2voto

Cagri Puntos 61

Tienes razón en ambas cuentas.

1. Primer aviso de que si $p(x)$ cero, con coeficientes constantes, decir $p(x)=x^mq(x)$, $p(x)$ es un divisor de cero si y sólo si $q(x)$ es.

Así que supongamos $p(x) = \sum_0^n a_ix^i \in \mathbb{Z}_4[x]$ tiene una extraña coeficiente y un valor distinto de cero coeficiente constante, y deje $k \le n$ menos que $a_k$ es impar. A continuación, todos los $a_j$ $j < k$ son incluso. Si $k=0$, claramente $p$ no es un divisor de cero (¿por qué?) así que debemos tener $a_0=2$.

Si $q(x) = \sum_0^m b_ix^i \in \mathbb{Z}_4[x]$ es otro polinomio (con un valor distinto de cero coeficiente constante, por la misma razón que el anterior), entonces el coeficiente de $x^k$ $p(x)q(x)$ es $$\sum_{i+j=k} a_ib_j$$ Si $p(x)q(x)=0$, entonces debemos tener $b_0=2$. Pero, a continuación, $$\sum_{i+j=k} a_ib_j = 2a_k + \cdots \equiv 2 + \cdots \pmod 4$$ y por lo $b_{\ell}$ es extraño que algunos $\ell<k$; de lo contrario los otros términos desaparecen y nos gustaría quedar con $2$.

Pero $q$ es un divisor de cero con un valor distinto de cero coeficiente constante, y así intercambiar los roles de $p$ $q$ en el de arriba, podemos ver que $a_i$ es extraño que algunos $i<\ell<k$, contradiciendo minimality de $k$.

2. Ciertamente, si $p(x)q(x)=1$ luego de sus constantes los coeficientes son dos $1$ o ambos $3$. Por lo $p(x)=1+g(x)$ $q(x)=1+h(x)$ algunos $g,h$ con igual incluso coeficientes constantes; y, a continuación,$g(x)+h(x)+g(x)h(x)=0$.

Deje $g(x)=\sum_0^n c_ix^i$$h(x)=\sum_0^m d_ix^i$, y deje $k$ menos que al menos uno de $c_k$ o $d_k$ es impar. [Debemos tener $k \ge 1$.] Entonces $$c_k + d_k + \sum_{i+j=k} c_id_j = 0$$ Por lo tanto, debemos tener $c_k$ $d_k$ tanto extraño. Pero $c_0=d_0$ es aún, y así $$c_k + d_k + \sum_{i+j=k} c_id_j = c_k+d_k+c_0d_k+c_kd_0 = (1+c_0)(c_k+d_k) \equiv 2 \pmod 4$$ ya que el resto de los términos de la suma son cero.

Esto es una contradicción, por lo $g$ $h$ debe ser divisible por $2$, y de hecho $p(x)=1+g(x)$ donde $g$ es un divisor de cero.

0voto

Hurkyl Puntos 57397

Su primera conjetura puede ser deducida por traducir el problema a que de $\mathbb{Z}[x]$.

El anillo de $\mathbb{Z}_4[x]$ es (isomorfo a) el cociente del anillo de $\mathbb{Z}[x] / (4)$, así que podemos escribir los elementos de $\mathbb{Z}_4[x]$ (clases de equivalencia) entero polinomios. La condición para ser un divisor de cero de a $\mathbb{Z}_4[x]$ es

u es un divisor de cero si y sólo si existe un valor distinto de cero en v tal que $uv = 0$

(Soy la adopción de la convención a la que 0 es un divisor de cero)

El levantamiento de esta condición a $\mathbb{Z}[x]$ da

La clase de equivalencia de u es un divisor de cero si y sólo si existe $v \not\equiv 0 \pmod 4$ tal que $uv \equiv 0 \pmod 4$.

Reformular en términos de la divisibilidad, esto significa que la descomposición en factores primos de a $v$ no ha $2$, pero la factorización prima de $uv$ debe tener al menos 2 copias de los dos. Por lo tanto, la descomposición en factores primos de a $u$ debe tener una copia de $2$.

Por lo tanto, si la clase de equivalencia de a $u$ es un divisor de cero, entonces a $u = 2 g$ para algunos entero polinomio $g$.

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